Hva klassisk fysikk studerer: definisjon, hovedgrener og forskjeller med moderne fysikk

Klassisk fysikk er den ideelle for å løse alle tekniske problemer av menneskelig natur, samt forklare solsystemets strukturer og universet som tilbyr svar som ikke helt tilfredsstiller til all kosmologisk tvil.

I dag ønsket vi å gi deg fullstendig informasjon om klassisk fysikk, slik at du kan få en mye mer realistisk forståelse av de ulike spørsmålene som oppstår rundt denne fantastiske vitenskapen, hvordan den skiller seg fra moderne fysikk, og hva dens hovedstudier, anvendelser og begrensninger er.

Klassisk fysikk

Dette begrepet brukes for å referere til fysikken som eksisterte før kvantemekanikken. Det inkluderer forskjellige viktige studieretninger som termodynamikk, optikk, akustikk, elektromagnetisme og mekanikk, blant annet. Begrepet klassisk fysikk brukes også ofte for å referere til fysikken som ble utviklet før konsolideringen av de store konseptuelle endringene i moderne fysikk; historisk sett anser mange forfattere klassisk fysikk for å omfatte utviklingen før 1900, mens moderne fysikk omfatter fremskritt fra 1900 og utover. Fremveksten av kvantemekanikk og relativitetsteorien ga det som ble ansett som klassisk fysikk et nytt perspektiv og begrenset omfanget til visse områder av hastighet, størrelse og energi.

Fra et mer teknisk synspunkt er klassisk fysikk basert på deterministiske prinsipperHvis vi kjenner den nåværende tilstanden til et fysisk system (posisjon, hastighet, krefter som virker på det, osv.), kan vi nøyaktig forutsi dets fremtidige tilstand ved hjelp av matematiske lover. I denne rammen avhenger ikke legemers oppførsel av tilfeldigheter, men av veldefinerte årsaker.

To hovedtilnærminger kan skilles innenfor klassisk fysikk:

• Klassisk newtonsk (pre-relativistisk) fysikk, basert på Newtons lover, egnet for å beskrive bevegelsen til legemer ved lave hastigheter sammenlignet med lysets hastighet og på hverdagsskalaer.
• Relativistisk klassisk fysikkDen inkorporerer teoriene om spesiell og generell relativitetsteori, men forblir klassisk i den forstand at den ikke bruker kvantebegreper. Den beskriver nøyaktig fenomener ved hastigheter nær lysets og i intense gravitasjonsfelt, samtidig som den opprettholder et kontinuerlig syn på rom og tid.

Kort sagt, når vi snakker om klassisk fysikk, refererer vi til teorier som beskriver fenomener med stor presisjon. hastigheter lavere enn lysets hastighet ya makroskopisk skala (planeter, maskiner, væsker, strukturer osv.), og som fortsatt er essensielle innen ingeniørfag, konstruksjon, akustikk, tradisjonell optikk og en rekke nåværende teknologiske prosesser.

Moderne fysikk

Før vi går videre til å forklare de ulike grenene av klassisk fysikk, er det nødvendig å skille den fra moderne fysikk. Sistnevnte oppstår når klassiske modeller viser seg å være utilstrekkelige til å forklare visse fenomener, som strålingen som sendes ut av varme legemer, den fotoelektriske effekten eller oppførselen til atomer og elementærpartikler.

Max Planck starter sin forskning på «kvante» energi Ved å studere hvordan energi ikke sendes ut kontinuerlig, men i diskrete pakker kalt kvanta, baner disse ideene vei for kvantemekanikk, som forklarer at energi og materie viser dobbel oppførsel (noen ganger som partikler og noen ganger som bølger) og at det er grenser for presisjonen vi kan måle visse fysiske mengder med.

Det er da denne nye fysikkgrenen ble født som søker å studere variasjonene som finnes i atomer, den forskjellige atferden som skjer med materien og kreftene som styrer begge deler. Moderne fysikk Den studerer fenomener som oppstår i ekstreme skalaer: hastigheter nær lysets, mikroskopiske eller subatomære dimensjoner, og svært høye eller svært lave energier.

Videre kunne ikke de nye problemene løses med tilnærminger fra klassisk fysikk, så det var nødvendig å nytenkning av klassisk forskning og premisserModerne fysikk tar i bruk konsepter som sannsynlighet, usikkerhet og krum romtid for å tilpasse studiet av naturen til disse nye skalaene.

Selv om klassisk og moderne fysikk er forskjellige, utelukker de ikke hverandre. Innenfor de hastighets- og størrelsesområdene som man møter i hverdagen, gjelder fortsatt klassiske ligninger. svært nøyaktig og praktiskModerne fysikk er reservert for de fenomenene der klassiske teorier slutter å virke.

Forskjeller mellom klassisk fysikk og moderne fysikk

For å bedre forstå hva klassisk fysikk studerer, er det nyttig å sammenligne den med moderne fysikk fra flere viktige aspekter:

• StudieskalaKlassisk fysikk fokuserer på makroskopiske systemer, som planeter, væsker, maskiner, strukturer eller prosjektiler. Moderne fysikk, derimot, fokuserer på atomer, elementærpartikler og kosmos i stor skala, så vel som i subatomære fenomener.
• HastighetsområdeKlassisk fysikk beskriver bevegelser med hastigheter langt under lysets hastighetModerne fysikk, med relativitetsteori, analyserer situasjoner der hastigheter nærmer seg lysets hastighet og der relativistiske effekter er betydelige.
• Deterministisk eller sannsynlighetsbasert karakterKlassisk fysikk er fundamentalt deterministiskFremtiden til et lukket system avhenger utelukkende av dets nåværende tilstand. Moderne fysikk, spesielt kvantefysikk, introduserer usikkerhet og sannsynlighet som grunnleggende elementer når man beskriver tilstandene til et system.
• Forestillingen om rom og tidI klassisk fysikk betraktes rom og tid uavhengig og absoluttI moderne fysikk blir de oppfattet som relative og forent i en enhet som kalles romtid, som kan krumme seg i nærvær av masse og energi.
• Type fenomener den forklarerKlassisk fysikk adresserer fenomener som tyngdekraft på menneskelig skala, elektrisitet, magnetisme og væskeoppførsel på en vellykket måte. Moderne fysikk omhandler grunnleggende interaksjoner uttrykt gjennom felt og partikler (som fotoner, bosoner eller fermioner) og dykker ned i materiens intime struktur.
• HovedapplikasjonerKlassiske modeller er grunnlaget for ingeniørfag, konstruksjon, mekanikk, akustikk og tradisjonell optikkModerne modeller gjør det mulig elektronikk, halvledere, kjernekraftpartikkelfysikk og avansert kosmologi.

Hva er grenene av klassisk fysikk?

For å få en bedre forståelse av vitenskapen har hovedgrenene blitt klassifisert over tid. Dette har gjort det mulig for menneskeheten å prestere mer effektivt på disse områdene og kommunisere nye fremskritt på disse feltene til verden. Innen klassisk fysikk er de viktigste grenene: akustikk, mekanikk, elektromagnetisme, fluidmekanikk, optikk og termodynamikk.

akustikk

Det menneskelige øret er designet for å oppfatte bølger, bølger som må underkastes en studieprosess for å demonstrere bølgelengdene og egenskapene deres. Dette er grunnen til at akustikk ble født; denne grenen av klassisk fysikk er ansvarlig for studere alle mekaniske bølgevibrasjoner som forplanter seg gjennom et materiemedium (luft, vann, faste stoffer) for til slutt å bli tolket som lyder.

Studiet av akustikk involverer musikk, geologiske fenomener, ubåter og atmosfæriske fenomener; generelt sett er denne grenen av fysikk ansvarlig for å studere Lyder som sendes ut i det jordiske feltetinkludert infralyd (frekvenser lavere enn det det menneskelige øret kan oppfatte) og ultralyd (høyere frekvenser).

Videre brukes akustikk innen så forskjellige felt som:

• Akustisk ingeniørfag for design av konsertsaler, auditorier og innspillingsstudioer med optimal lydkvalitet.
• Arkitektonisk akustikk, ansvarlig for å kontrollere spredning av lyd i bygninger, skoler, hjem og kontorer.
• Undervannsakustikk, nøkkelen i kommunikasjon mellom ubåter, i havutforskning og i studiet av marint liv.
• Miljøakustikk, som omhandler støyforurensning og støyregulering i bymiljøer.

På den annen side, den psykoakustikk, som er ansvarlig for å studere de fysiske og psykologiske effektene som oppstår i biologiske systemer når lyd oppfattes, og analysere hvordan hjernen tolker intensiteten, tonehøyden, klangfargen og den romlige plasseringen av lydkilder.

Mekanikk

Denne grenen av fysikk omhandler fysiske legemer når de utsettes for forskyvningskrefter, og selvfølgelig effektene som oppstår fra disse kreftene. Den beskriver hvordan og hvorfor objekter beveger seg, eller hvorfor de forblir i ro.

Det regnes som en underdisiplin som omhandler studiet av fysiske fenomener som oppstår for objekter som er utsatt for fysiske krefter, både fra partikler som er i ro og fra de som er i bevegelse, forutsatt at hastigheten deres er betydelig mindre enn lysets.

Innen klassisk mekanikk kan man skille mellom flere områder:

• Statisk mekanikkstuderer legemer i likevekt, det vil si når summen av krefter og momenter er null.
• Kinematisk mekanikk: beskriver bevegelsen uten å vurdere årsakene, og analyserer baner, hastigheter og akselerasjoner.
• Dynamisk mekanikkDen relaterer bevegelse til kreftene som produserer den, hovedsakelig ved hjelp av Newtons lover.

Bruksområdene dekker maskinteknikk, maskindesign og prediksjon av prosjektil- og kjøretøybanersamt analyse av strukturer og studiet av bevegelser i idrett eller i menneskekroppens biomekanikk.

Elektromagnetisme

Både magnetisme og elektrisitet stammer fra elektromagnetiske krefter; derfor er elektromagnetisme den grenen av klassisk fysikk som beskriver prosessen med samspillet mellom elektrisitet og magnetisme i form av felt og krefter.

For å kjenne denne grenen i dybden, er det nødvendig å understreke at magnetfeltet skapes gjennom en elektrisk strøm i bevegelse, og at magnetfeltet er i stand til å indusere elektrisk strøm eller, hvis det ikke er mulig, ladningens bevegelse. Dette innbyrdes forholdet er formalisert i Maxwells ligninger, som forener beskrivelsen av klassiske elektriske, magnetiske og optiske fenomener.

I starten ble elektromagnetisme først og fremst ansett som studiet av fenomener som oppstår rundt lyn og strålingen som produseres som en lysende effekt. Over tid ble det forstått at lys er en elektromagnetisk bølge som forplanter seg gjennom rommet, og dermed forbinder elektrisitet, magnetisme og optikk.

Magnetisme fantes også i gjenstander som kompasser, som ble brukt til dette formålet i oldtiden for å veilede reisende. Disse enhetene er avhengige av samspillet mellom magneter og jordens magnetfelt.

Fenomenet med partikler i ro ble observert av gamle kulturer; for eksempel observerte romerne at det å gni en kam tiltrakk seg små partikler, og andre folk la merke til lignende effekter med materialer som rav. Kort sagt ble det konkludert med at Ladninger med samme fortegn frastøter hverandre, og ladninger med motsatte fortegn tiltrekker hverandre.grunnleggende prinsipper for klassisk elektrostatikk.

I dag er klassisk elektromagnetisme essensiell for å forstå og designe elektriske kretser, motorer, generatorer, antenner, telekommunikasjonssystemer og tradisjonelle elektroniske enheterblant mange andre teknologier.

Væskemekanikk

Denne grenen av klassisk fysikk studerer den eksisterende strømmen av væsker og gasser, fra denne grenen kommer andre ut underdisipliner som hydrodynamikk og aerodynamikk, som henholdsvis analyserer bevegelsen av væsker og gasser.

Fluidmekanikk anvendes i følgende disipliner: Beregning av kreftene som påføres fly (design av vinger, flykropper og flykontroller), studie av transport av olje og gass i rørledninger, design av ventilasjons- og klimaanlegg, optimalisering av pumper og turbiner, samt i prediksjon av klimatiske faktorer som for eksempel vind, havstrømmer eller orkandannelse.

Denne grenen analyserer egenskaper som trykk, viskositet, tetthet og strømningshastighettillater modellering av alt fra blodstrømmen i menneskekroppen til atmosfærens oppførsel.

optikk

Denne grenen av klassisk fysikk omhandler studiet av visuelle fenomener og lysegenskaperinkludert dens mulige interaksjoner med materie. Den analyserer hvordan lys forplanter seg, reflekterer, brytes, spres og absorberes i forskjellige medier.

Beskriv alle prosessene som skjer i synlig, ultrafiolett og infrarødt lys. Dette er fordi lys primært er en elektromagnetisk bølge som røntgenstråler, mikrobølger og radiobølger, som har felles egenskaper, men med forskjellige frekvenser og energier.

Klassisk optikk er grovt delt inn i:

• Geometrisk optikk, som studerer lysets forplantning som rette stråler og forklarer virkemåten til linser, speil og bildedannelsessystemer.
• Fysisk optikk, som vurderer lysets bølgenatur og analyserer fenomener som interferens, diffraksjon og polarisering.

Denne grenen er viktig for mange disipliner som medisin (endoskoper, kirurgiske lasere, diagnostiske bildesystemer), fotografi, astronomi (teleskoper og observatorier), ingeniørfag (sensorer og optiske fibre) og kommunikasjon (dataoverføring via fiberoptiske kabler).

Termodynamikk

Vi fortsetter med termodynamikk. Denne grenen av fysikk studerer effekten av arbeid, energi og varme på et spesifikt system. Det er en gren av fysikk. relativt nytt innen det klassiske settetTermodynamikk utviklet seg betydelig fra studiet av dampmaskiner og prosessene for å omdanne varme til mekanisk arbeid. Kort sagt handler termodynamikk om å observere, beskrive og måle de forskjellige fenomenene som oppstår når energi omdannes.

De små gassinteraksjonene som oppstår på mikroskopisk skala er navngitt eller beskrevet av kinetisk teori om gasserDette er begreper som er relatert til hverandre for å utfylle metodene som beskriver makroskopisk termodynamikk og kinetisk teori.

Det finnes grunnleggende lover som styrer termodynamikken, blant disse er den såkalte første lov (bevaring av energi i form av varme og arbeid)den andre lov (entropi og naturlig retning av prosesser) og nullte lov (Definisjon og transitivitet av temperatur). Disse prinsippene lar oss forstå hvorfor noen prosesser er irreversible, hva den maksimale teoretiske virkningsgraden til en varmemotor er, eller hvordan systemer balanserer når de utveksler varme.

Klassisk termodynamikk anvendes i design av forbrenningsmotorer, termiske kraftverk, kjøle- og klimaanleggså vel som i studiet av faseendringer (smelting, fordampning, kondensering) og i mange industrielle prosesser der energi og varme håndteres.

Selv om moderne fysikk har utvidet kunnskapshorisonten, er klassisk fysikk fortsatt en et viktig verktøy i vitenskapelig opplæring og teknisk, siden det gir de grunnleggende konseptene som lar oss forstå verden på en menneskelig skala og støtter de fleste hverdagsteknologier.

Etter å ha lært om dens grener, blir det klart at klassisk fysikk ikke er en foreldet disiplin, men snarere en søyle som ingeniørfag, mange anvendte vitenskaper og moderne teorier er basert påtilbyr et felles språk for å beskrive materie, energi og deres interaksjoner.