Fizik klasik adalah yang ideal untuk menyelesaikan semua masalah teknikal dari sifat manusia, dan juga untuk menjelaskan struktur sistem suria dan penawaran alam semesta jawapan yang tidak memuaskan sepenuhnya kepada semua keraguan kosmologi.
Hari ini kami ingin memberikan anda maklumat yang sangat lengkap tentang fizik klasik supaya anda dapat memperoleh pemahaman yang lebih realistik tentang pelbagai persoalan yang timbul mengenai sains yang hebat ini, bagaimana ia berbeza dengan fizik moden, dan apakah cabang pengajian utamanya, aplikasi dan batasannya.
Fizik klasik
Istilah ini digunakan untuk merujuk kepada fizik yang wujud sebelum kemunculan mekanik kuantum. Ia merangkumi pelbagai cabang pengajian penting seperti termodinamik, optik, akustik, elektromagnetisme dan mekanik, antara lain. Istilah fizik klasik juga sering digunakan untuk merujuk kepada fizik yang dibangunkan sebelum penyatuan perubahan konseptual utama fizik moden; dari segi sejarah, ramai penulis menganggap fizik klasik merangkumi perkembangan sebelum tahun 1900, manakala fizik moden merangkumi kemajuan dari tahun 1900 dan seterusnya. Kemunculan mekanik kuantum dan teori relativiti memberikan apa yang dianggap sebagai fizik klasik perspektif baharu dan mengehadkan skopnya kepada julat kelajuan, saiz dan tenaga tertentu.
Dari sudut pandangan yang lebih teknikal, fizik klasik adalah berdasarkan prinsip deterministikJika kita mengetahui keadaan semasa sistem fizikal (kedudukan, halaju, daya yang bertindak ke atasnya, dll.), kita boleh meramalkan keadaan masa depannya dengan tepat menggunakan hukum matematik. Dalam rangka kerja ini, tingkah laku jasad tidak bergantung pada kebetulan, tetapi pada sebab yang jelas.
Dua pendekatan utama boleh dibezakan dalam fizik klasik:
- Fizik Newtonian Klasik (pra-relativistik), berdasarkan hukum Newton, sesuai untuk menggambarkan gerakan jasad pada kelajuan rendah berbanding kelajuan cahaya dan pada skala harian.
- Fizik klasik relativistikIa menggabungkan teori relativiti khas dan umum, tetapi kekal klasik dalam erti kata ia tidak menggunakan konsep kuantum. Ia menerangkan fenomena dengan tepat pada kelajuan yang hampir dengan cahaya dan dalam medan graviti yang kuat, sambil mengekalkan pandangan ruang dan masa yang berterusan.
Secara ringkasnya, apabila kita bercakap tentang fizik klasik, kita merujuk kepada teori-teori yang menggambarkan fenomena dengan ketepatan yang tinggi. kelajuan kurang daripada kelajuan cahaya ya skala makroskopik (planet, mesin, bendalir, struktur, dll.), dan yang kekal penting dalam kejuruteraan, pembinaan, akustik, optik tradisional dan pelbagai proses teknologi semasa.
Fizik moden
Sebelum meneruskan penjelasan tentang pelbagai cabang fizik klasik, adalah perlu untuk membezakannya daripada fizik moden. Yang terakhir timbul apabila model klasik terbukti tidak mencukupi untuk menjelaskan fenomena tertentu, seperti sinaran yang dipancarkan oleh jasad panas, kesan fotoelektrik, atau kelakuan atom dan zarah asas.
Max Planck memulakannya kajian tentang "kuantum" tenaga Dengan mengkaji bagaimana tenaga tidak dipancarkan secara berterusan, tetapi dalam paket diskret yang dipanggil kuanta, idea-idea ini membuka jalan untuk mekanik kuantum, yang menjelaskan bahawa tenaga dan jirim mempamerkan tingkah laku ganda (kadang-kadang sebagai zarah dan kadangkala sebagai gelombang) dan terdapat had ketepatan yang boleh digunakan untuk mengukur kuantiti fizikal tertentu.
Pada masa itulah lahirlah cabang fizik baru ini yang berusaha mengkaji variasi yang ada pada atom, tingkah laku yang berlainan yang terjadi pada materi dan kekuatan yang mengatur keduanya. Fizik Moden Ia mengkaji fenomena yang berlaku pada skala ekstrem: kelajuan yang hampir dengan cahaya, dimensi mikroskopik atau subatom, dan tenaga yang sangat tinggi atau sangat rendah.
Tambahan pula, masalah yang muncul tidak dapat diselesaikan dengan pendekatan daripada fizik klasik, jadi adalah perlu untuk memikirkan semula penyelidikan dan premis klasikFizik moden menerima pakai konsep seperti kebarangkalian, ketidakpastian dan ruangmasa melengkung untuk menyesuaikan kajian alam semula jadi dengan skala baharu ini.
Walaupun fizik klasik dan moden berbeza, ia tidak saling eksklusif. Dalam julat kelajuan dan saiz yang ditemui dalam kehidupan seharian, persamaan klasik masih terpakai. sangat tepat dan praktikalFizik moden dikhaskan untuk fenomena di mana teori klasik tidak lagi berfungsi.
Perbezaan antara fizik klasik dan fizik moden
Untuk lebih memahami apa yang dikaji oleh fizik klasik, adalah berguna untuk membandingkannya dengan fizik moden dari beberapa aspek utama:
- Skala kajianFizik klasik memberi tumpuan kepada sistem makroskopik, seperti planet, bendalir, mesin, struktur atau projektil. Fizik moden, sebaliknya, memberi tumpuan kepada atom, zarah asas dan kosmos pada skala yang besar, serta dalam fenomena subatom.
- Julat kelajuanFizik klasik menerangkan pergerakan pada kelajuan jauh di bawah kelajuan cahayaFizik moden, dengan kerelatifan, menganalisis situasi di mana kelajuan menghampiri kelajuan cahaya dan di mana kesan kerelatifan adalah ketara.
- Sifat deterministik atau probabilistikFizik klasik pada asasnya deterministikMasa depan sistem tertutup bergantung sepenuhnya pada keadaannya sekarang. Fizik moden, terutamanya fizik kuantum, memperkenalkan ketidakpastian dan kebarangkalian sebagai elemen asas apabila menerangkan keadaan sesuatu sistem.
- Konsep ruang dan masaDalam fizik klasik, ruang dan masa dianggap sebagai bebas dan mutlakDalam fizik moden, ia dianggap relatif dan bersatu dalam entiti yang dipanggil ruang masa, yang boleh melengkung dengan kehadiran jisim dan tenaga.
- Jenis fenomena yang dijelaskannyaFizik klasik berjaya menangani fenomena seperti graviti pada skala manusia, elektrik, kemagnetan dan kelakuan bendalir. Fizik moden menangani interaksi asas diekspresikan melalui medan dan zarah (seperti foton, boson atau fermion) dan menyelidiki struktur jirim yang lebih mendalam.
- Aplikasi utamaModel klasik adalah asas kepada kejuruteraan, pembinaan, mekanik, akustik dan optik tradisionalModel moden membolehkannya elektronik, semikonduktor, tenaga nuklearfizik zarah dan kosmologi lanjutan.
Apakah cabang fizik klasik?
Untuk pemahaman yang lebih baik tentang sains, cabang-cabang utamanya telah dikelaskan dari semasa ke semasa. Ini telah membolehkan manusia melaksanakan tugas dengan lebih berkesan dalam bidang ini dan menyampaikan kemajuan baharu dalam bidang ini kepada dunia. Dalam fizik klasik, cabang-cabang yang paling penting ialah: akustik, mekanik, elektromagnetisme, mekanik bendalir, optik dan termodinamik.
Akustik
Telinga manusia direka untuk melihat gelombang, gelombang yang mesti tertakluk kepada proses kajian untuk menunjukkan panjang gelombang dan keupayaannya. Inilah sebabnya akustik dilahirkan; cabang fizik klasik ini bertanggungjawab untuk mengkaji semua getaran gelombang mekanikal yang merambat melalui medium bahan (udara, air, pepejal) untuk akhirnya ditafsirkan sebagai bunyi.
Kajian akustik melibatkan muzik, fenomena geologi, kapal selam dan fenomena atmosfera; secara amnya, cabang fizik ini bertanggungjawab untuk mengkaji Bunyi yang dipancarkan di medan daratantermasuk infrabunyi (frekuensi lebih rendah daripada yang boleh didengar oleh telinga manusia) dan ultrasound (frekuensi yang lebih tinggi).
Tambahan pula, akustik digunakan dalam pelbagai bidang seperti:
- Kejuruteraan akustik untuk reka bentuk dewan konsert, auditorium dan studio rakaman dengan kualiti bunyi yang optimum.
- Akustik seni bina, bertanggungjawab mengawal penyebaran bunyi di bangunan, sekolah, rumah dan pejabat.
- Akustik bawah air, penting dalam komunikasi antara kapal selam, dalam penerokaan lautan dan dalam kajian hidupan marin.
- Akustik alam sekitar, yang berkaitan dengan pencemaran bunyi dan pengawalan bunyi bising di persekitaran bandar.
Sebaliknya, psikoakustik, yang bertanggungjawab untuk mengkaji kesan fizikal dan psikologi yang timbul dalam sistem biologi apabila bunyi dirasakan, menganalisis bagaimana otak mentafsir keamatan, pic, timbre dan lokasi ruang sumber bunyi.
Mekanik
Cabang fizik ini membincangkan jasad fizikal apabila ia tertakluk kepada daya anjakan dan, sudah tentu, kesan yang timbul daripada daya-daya ini. Ia menerangkan bagaimana dan mengapa objek bergerak, atau mengapa ia kekal dalam keadaan pegun.
Ia dianggap sebagai subdisiplin yang berkaitan dengan kajian tentang fenomena fizikal yang berlaku pada objek yang tertakluk kepada daya fizikal, baik daripada zarah yang diam mahupun daripada zarah yang bergerak, dengan syarat kelajuannya jauh lebih rendah daripada cahaya.
Dalam mekanik klasik, beberapa bidang boleh dibezakan:
- Mekanik statik: mengkaji jasad dalam keseimbangan, iaitu apabila jumlah daya dan momen adalah sifar.
- Mekanik kinematik: menerangkan pergerakan tanpa mempertimbangkan puncanya, menganalisis trajektori, kelajuan dan pecutan.
- Mekanik dinamikIa mengaitkan gerakan dengan daya yang menghasilkannya, terutamanya menggunakan hukum Newton.
Aplikasinya meliputi kejuruteraan mekanikal, reka bentuk jentera, dan ramalan trajektori projektil dan kenderaanserta analisis struktur dan kajian pergerakan dalam sukan atau dalam biomekanik tubuh manusia.
Elektromagnetisme
Kemagnetan dan elektrik kedua-duanya berasal daripada daya elektromagnet; oleh itu, elektromagnetisme ialah cabang fizik klasik yang menerangkan proses interaksi antara elektrik dan kemagnetan dalam bentuk medan dan daya.
Untuk mengetahui cabang ini secara mendalam, perlu ditekankan bahawa medan magnet dihasilkan melalui arus elektrik yang bergerak, dan medan magnet tersebut mampu mengaruh arus elektrik atau, jika gagal, pergerakan cas. Hubungan antara ini diformalkan dalam persamaan Maxwell, yang menyatukan penerangan fenomena elektrik, magnet dan optik klasik.
Pada mulanya, elektromagnetisme terutamanya dianggap sebagai kajian tentang fenomena yang berlaku di sekitar kilat dan sinaran yang dihasilkan sebagai kesan bercahaya. Lama-kelamaan, difahami bahawa cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang merambat melalui angkasa lepas, justeru menghubungkan elektrik, kemagnetan dan optik.
Kemagnetan juga terdapat dalam objek seperti kompas, yang digunakan untuk tujuan ini pada zaman dahulu untuk membimbing pengembara. Peranti ini bergantung pada interaksi antara magnet dan medan magnet Bumi.
Fenomena zarah-zarah yang diam telah diperhatikan oleh budaya kuno; contohnya, orang Rom memerhatikan bahawa menggosok sikat menarik zarah-zarah kecil, dan orang lain melihat kesan yang serupa dengan bahan seperti ambar. Pendek kata, disimpulkan bahawa Cas-cas yang mempunyai tanda yang sama akan menolak satu sama lain, dan cas-cas yang mempunyai tanda yang bertentangan akan menarik satu sama lain.prinsip asas elektrostatik klasik.
Hari ini, keelektromagnetan klasik adalah penting untuk memahami dan mereka bentuk litar elektrik, motor, penjana, antena, sistem telekomunikasi dan peranti elektronik tradisionalantara banyak teknologi lain.
Mekanik bendalir
Cabang fizik klasik ini mengkaji aliran cecair dan gas yang ada, dari cabang ini muncul yang lain subdisiplin seperti hidrodinamik dan aerodinamik, yang masing-masing menganalisis pergerakan cecair dan gas.
Mekanik bendalir digunakan dalam disiplin berikut: Pengiraan daya yang dikenakan pada kapal terbang (reka bentuk sayap, fiuslaj dan kawalan penerbangan), kajian pengangkutan minyak dan gas dalam saluran paip, reka bentuk sistem pengudaraan dan penyaman udara, pengoptimuman pam dan turbin, serta dalam ramalan faktor iklim seperti angin, arus laut atau pembentukan taufan.
Cawangan ini menganalisis sifat-sifat seperti tekanan, kelikatan, ketumpatan dan halaju aliranmembolehkan pemodelan segala-galanya daripada aliran darah dalam tubuh manusia hinggalah kepada tingkah laku atmosfera.
Optik
Cabang fizik klasik ini berkaitan dengan kajian fenomena visual dan sifat cahayatermasuk kemungkinan interaksinya dengan jirim. Ia menganalisis bagaimana cahaya merambat, memantulkan, membiaskan, menyerakkan dan diserap dalam pelbagai media.
Huraikan semua proses yang berlaku dalam cahaya nampak, ultraungu dan inframerah. Ini kerana cahaya terutamanya merupakan gelombang elektromagnetik seperti sinar-X, gelombang mikro dan gelombang radio itu sendiri, yang mempunyai ciri-ciri umum walaupun dengan frekuensi dan tenaga yang berbeza.
Optik klasik secara amnya dibahagikan kepada:
- Optik geometri, yang mengkaji perambatan cahaya sebagai sinar lurus dan menerangkan operasi kanta, cermin dan sistem pembentukan imej.
- Optik fizikal, yang mempertimbangkan sifat gelombang cahaya dan menganalisis fenomena seperti gangguan, pembelauan dan pengkutuban.
Cawangan ini penting untuk banyak disiplin ilmu seperti perubatan (endoskop, laser pembedahan, sistem pengimejan diagnostik), fotografi, astronomi (teleskop dan balai cerap), kejuruteraan (sensor dan gentian optik) dan komunikasi (penghantaran data melalui kabel gentian optik).
Termodinamik
Kita teruskan dengan termodinamik. Cabang fizik ini mengkaji kesan kerja, tenaga dan haba ke atas sistem tertentu. Ia merupakan cabang fizik. agak baharu dalam set klasikTermodinamik berkembang dengan ketara daripada kajian enjin stim dan proses penukaran haba kepada kerja mekanikal. Pendek kata, termodinamik berkaitan dengan memerhati, menerangkan dan mengukur fenomena berbeza yang berlaku apabila tenaga diubah.
Interaksi gas kecil yang berlaku pada skala mikroskopik dinamakan atau diterangkan oleh teori kinetik gasIni adalah istilah yang berkaitan antara satu sama lain untuk melengkapi kaedah yang menggambarkan termodinamik makroskopik dan teori kinetik.
Terdapat hukum asas yang mengawal termodinamik, antaranya ialah apa yang dipanggil hukum pertama (keabadian tenaga dalam bentuk haba dan kerja), yang hukum kedua (entropi dan arah semula jadi proses) dan hukum sifar (Definisi dan transitiviti suhu). Prinsip-prinsip ini membolehkan kita memahami mengapa sesetengah proses tidak dapat dipulihkan, apakah kecekapan teori maksimum enjin haba, atau bagaimana sistem mengimbangi apabila bertukar haba.
Termodinamik klasik diaplikasikan dalam reka bentuk enjin pembakaran, loji janakuasa terma, sistem penyejukan dan penyaman udaraserta dalam kajian perubahan fasa (pencairan, penyejatan, pemeluwapan) dan dalam banyak proses perindustrian di mana tenaga dan haba dikendalikan.
Walaupun fizik moden telah meluaskan ufuk pengetahuan, fizik klasik kekal sebagai alat penting dalam latihan saintifik dan teknikal, kerana ia menyediakan konsep asas yang membolehkan kita memahami dunia pada skala manusia dan menyokong kebanyakan teknologi harian.
Setelah mempelajari tentang cabang-cabangnya, menjadi jelas bahawa fizik klasik bukanlah disiplin yang ketinggalan zaman, tetapi sebaliknya satu tonggak yang menjadi asas kejuruteraan, banyak sains gunaan dan teori modenmenawarkan bahasa umum untuk menggambarkan jirim, tenaga dan interaksinya.