Obsah a metody fyziky

Obsah a metody fyziky

Fyzika je jednou z mnoha přírodních věd. Původně byla fyzika naukou o celé přírodě. S rozvojem poznatků o přírodě se oblast jejího zkoumání stále zužovala a z původní přírodovědy se vyčlenila celá řada oborů – biologie, chemie, astronomie, … Co přesně je obsahem studia fyziky není jednoduché definovat, ale pokusíme se udělat jakýsi průřez tím nejzákladnějším.

Základním pojmem fyziky je hmota. Hmotné objekty mohou existovat ve dvou základních formách:

1. látka – látkovou formu mají všechna běžně známá tělesa (pevná, kapalná či plynná), molekuly, atomy i částice, z nichž se atomy skládají

2. pole – např. pole gravitační, elektrické, magnetické, …

Definovat pole není jednoduché, protože se jedná o vysoce abstraktní pojem. Pole lze přiblížit (s jistými nepřesnostmi) pomocí různých analogií, které pomohou pojem pole lépe pochopit.

Všechny objekty jsou v neustálém pohybu. Pohybem zde rozumíme nejen skutečnost, že tyto objekty neustále mění s časem svoji polohu vzhledem k určitému tělesu, ale také změnu jejich vlastností a stavů (které mohou probíhat ve vnitřní struktuře látek a polí). Lze tedy říci, že obsahem fyziky je studium nejobecnějších vlastností, stavů a změn hmotných objektů.

Hmotné objekty existují v prostoru. Určitý prostor zaujímá např. svým objemem každé těleso, elektrické pole v okolí nabitého tělesa, … Výše zmíněné změny hmotných objektů probíhají v čase (např. zvukový signál potřebuje určitý čas na uražení vzdálenosti od zdroje k pozorovateli, přivedení vody k varu trvá jistý čas, …). Proto říkáme, že prostor a čas jsou formy existence hmoty.

Důležité je, jakými postupy dochází fyzika ke svým poznatkům. Jedná se o tyto metody:

1. pozorování – sledování určitého jevu v jeho přirozených podmínkách, aniž by pozorovatel do průběhu jevu zasahoval (pohyb padajícího kamene, blesky při bouři, východ Slunce, …)

2. experiment (pokus) – sledování jevu v uměle připravených podmínkách v laboratoři. Při pokusu vyvoláme určitý jev uměle, měníme počáteční podmínky a sledujeme vliv těchto počátečních podmínek na průběh jevu.

Pouštíme volným pádem kámen z různých výšek a pomocí této změřené výšky a času dopadu určujeme velikost tíhového zrychlení; současně s kamenem pouštíme ptačí pírko a snažíme se zdůvodnit, proč pírko dopadne později než kámen; …

3. vytváření hypotéz – buď na základě pozorování a experimentu nebo na základě základních znalostí daného jevu vytváříme vědecky zdůvodněnou představu o průběhu a příčinách zkoumaného jevu, jejíž pravdivost vždy ověřujeme

Vyjádříme-li průběh experimentu nebo pozorování matematickými prostředky, provádíme fyzikální měření. Jestliže během něho získáme zákonitý vztah mezi podmínkami a výsledkem pozorování či experimentu, docházíme k fyzikálnímu zákonu. Pozorování a pokus jsou zdrojem tzv. empirického poznání, tj. poznání založeného na empirii (zkušenosti).

Kromě empirických poznatků pracuje fyzika s poznatky teoretickými. To jsou zákony, vztahy mezi fyzikálními veličinami (to čemu studenti běžně říkají „vzorečky“), … získané pouze na základě teoretického odvozování, počítačových modelů a simulací, …

Při ověřování hypotéz pracujeme často s myšlenkovými konstrukcemi – modely (hmotný bodtuhé těleso; diagramy, grafy, rovnice, …), které vyjadřují pouze určité zjednodušené vlastnosti zkoumaného jevu. Ověřená hypotéza tvoří fyzikální teorii. Vytváření a ověřování hypotéz patří k teoretickým metodám fyziky.

Fyziku tedy dělíme podle uvedených pracovních metod na dvě základní části, které se ale vzájemně doplňují a ovlivňují:

1. experimentální fyziku – vyvozuje nové poznatky na základě pozorování a experimentu

2. teoretickou fyziku – vychází z fyzikálních teorií, na základě nichž vyslovuje a ověřuje hypotézy

Obě části fyziky spolu úzce souvisí. Objeví-li experimentální fyzik neočekávaný důsledek fyzikálního jevu, je nutné teoreticky vysvětlit, proč k tomuto jevu došlo. Odvodí-li teoretický fyzik určitou zákonitost, je nutné jí ověřit experimentálně. Teoretik může v datech z experimentu nalézt chyby a upozornit na nepřesnost měření; stejně tak může experimentátor nalézt nesoulad v teorii.

Podle povahy zkoumaných jevů dělíme fyziku na:

1. mechaniku

2. molekulovou fyziku a termodynamiku

3. elektřinu a magnetismus

4. optiku

5. kvantovou fyziku

6. atomovou fyziku

7. jadernou fyziku

8. teorii relativity

9. astronomii a kosmologii

10. …

Všechny tyto obory se vzájemně překrývají a doplňují a není tedy možné stanovit přesnou hranici mezi nimi. S rozvojem fyzikální vědy navíc vznikají nové obory. Například v 17. století položil anglický fyzik Isaac Newton základy (klasické) mechaniky, na začátku 20. století pak ukázal Albert Einstein, že newtonovská mechanika je pouze speciálním případem obecnější teorie: speciální teorie relativity; a ta je speciálním případem obecné teorie relativity.

Podle velikosti zkoumaných objektů dělíme fyziku na tyto obory:

1. fyzika mikrosvěta – poznatky z molekulové fyziky, termodynamiky, kvantové fyziky, atomové a jaderné fyziky

2. fyziku makrosvěta – poznatky o pevných, kapalných a plynných látkách

3. fyziku megasvěta – poznatky o vesmíru

Fyzika má velký význam pro ostatní přírodní vědy (chemie, biologie, meteorologie, …) a pro rozvoj techniky (elektrické spotřebiče v domácnostech, přístrojové vybavení laboratoří, dopravní prostředky, sdělovací technika, …). Vazba fyziky a techniky je ale vzájemná – fyzika jednak ovlivňuje techniku, ale také sama využívá různé technické prostředky při své badatelské činnosti. Navíc stále rostoucí požadavky techniky inspirují fyziku k hledání nových fyzikálních zákonitostí (např. požadavek na zvětšování kapacity disket, na zmenšování

 

rozměrů přehráva

Fyzikální veličiny a jejich jednotky

Fyzikální vlastnosti, stavy a změny hmotných objektů, které je možno změřit (např. objem, hmotnost a teplota u pevných těles, rychlostu těles v pohybuelektrický náboj u nabitých těles, …), vyjadřujeme fyzikálními veličinami.

Abychom se v jednotlivých fyzikálních veličinách dobře orientovali, používáme smluvené značky pro jednotlivé fyzikální veličiny: objem V, hmotnostm, teplota T, rychlost v, elektrický náboj Qsíla F, … (Značky vznikly většinou jako první písmeno z anglického názvu příslušné fyzikální veličiny.)

Měřit fyzikální veličinu znamená určit její hodnotu. Tu určíme tak, že ji porovnáme s určitou předem smluvenou hodnotou veličiny téhož druhu, kterou zvolíme za měřící jednotku (jednotku fyzikální veličiny). Tato jednotka představuje stálou a pevnou hodnotu veličiny, s níž potom porovnáváme veličiny téhož druhu. Výsledkem porovnání měřené fyzikální veličiny se zvolenou měřící jednotkou je číselná hodnota. Číselná hodnotafyzikální veličiny udává, kolikrát je hodnota měřené veličiny větší než zvolená měřící jednotka.

Ve skutečnosti je to jednodušší, než jak to vypadá! Např. měřící jednotka délky je metr. 1 metr je přitom přesně definován a je neměnný. Budeme-li chtít určit délku stolu, vezmeme délkové měřidlo (truhlářský dvoumetr). A na něm po přiložení ke stolu přečteme, že stůl je dlouhý 1,5 metru. A to je číselná hodnota fyzikální veličiny délka; tato číselná hodnota říká, že délka stolu je 1,5krát větší než jeden metr (měřící jednotka).

Hodnota fyzikální veličiny je tedy určena číselnou hodnotou a příslušnou měřící jednotkou. Hodnota fyzikální veličiny = číselná hodnota . jednotka.

Je-li X obecně hodnota fyzikální veličiny, {X} její číselná hodnota a [X] měřící jednotka, platí: . Číselná hodnota {X} označuje kvantitu (množství), měřící jednotka [X] druh fyzikální veličiny čili kvalitu (jednotku).

Platí-li např. pro velikost rychlosti, pak {v} = 15 a .

Číselná hodnota nemá sama o sobě žádný smysl, neboť hodnotu fyzikální veličiny můžeme vyjádřit v různých jednotkách. Proto JE NUTNÉ UVÁDĚT ČÍSELNOU HODNOTU FYZIKÁLNÍ VELIČINY VŽDY S JEJÍ JEDNOTKOU!!!

Zápis  nemá smysl (předpokládáme, že l značí délku). Není uvedena jednotka – může tedy být  nebo  nebo  nebo … Zápis bez jednotek prostě není přípustný, neboť vede k nejednoznačnosti.

Více zde: http://referaty22.webnode.cz/news/co-je-fyzika/
Vytvořte si vlastní stránky zdarma: http://www.webnode.cz


Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.