doar FIZICA

 Fizica  este o ştiinţă a naturii care studiază structura materiei, proprietăţile generale, legile de mişcare, formele de existenţă a materiei, precum şi transformările reciproce ale acestor forme.  Fizica este înrudită cu celelalte ştiinţe ale naturii.
Mecanica

Legile lui Newton au dus la dezvoltarea mecanicii. Newton a avut o contribuţie majoră în descrierea forţelor în natură, în special a forţelor gravitaţionale.
Fizicienii de astăzi ştiu că mai există trei forţe fundamentale, în afară de cea a gravitaţiei: forţele electromagnetice, forţele de interacţiune nucleară şi forţele radioactivităţii.
Forţele gravitaţionale guvernează mişcarea planetelor şi poate fi responsabilă de posibilul colaps gravitaţional, care este ultimul ciclu din viaţa unei stele.
Masa gravitaţională a unui corp este proprietatea care determină răspunsul la orice forţă exercitată asupra corpului.
Forţa gravitaţiei este cea mai slabă dintre cele patru forţe ale naturii referitoare la particulele elementare.

În ciuda importanţei macroscopice, forţa gravitaţională rămâne slabă şi de aceea, corpurile trebuie să fie foarte mari ca să fie simţite de alt corp.
Legea gravitaţiei universale a fost dedusă din observaţiile mişcărilor planetelor, înainte de a fi verificate experimental. Demonstraţia experimentală a fost făcută de Henry Cavendish în 1771.Matematicianul elveţian Leonhard Euler a formulat, pentru prima oară, ecuaţia mişcării pentru corpurile rigide, în timp ce Newton a lucrat cu mase concentrate într-un punct, care acţionau ca particule

MECANICA

Isaac Newton a pus bazele teoretice ale mecanicii clasice,continuand opera lui Galileo Galilei.
Mecanica este ramura fizicii care se ocupa cu miscarea corpurilor materiale si cu fortele care determina miscarea.Cand impingem sau tragem un corp spunem ca exercitam o forta asupra lui.Forta de care ne dam seama, zi de zi, este forta de atractie gravitationala exercitata asupra fiecarui corp fizic de catre pamant.Ea este numita greutatea corpului.Fortele gravitationale pot actiona in spatiu de la distanta, fara contact direct.
Mecanica este impartita in trei parti:DINAMICA, CINEMATICA,STATICA

DINAMICA
Este partea mecanicii care include atat studiul miscarii cat si cel al fortelor care produc miscarea.In sens larg, dinamica include aproape toata mecanica.Acceleratia centrului de greutate al unui corp coincide cu acceleratia unui punct material de masa egala cu cea a corpului.Lega gravitationala a fost descoperita de NEWTON.Legea gravitatiei a lui NEWTON poate fi enuntata astfel:orice particula de materie din univers atrage orice alta particula cu o forta care este direct proportionala cu produsul maselor particulelor si invers proportionala cu patratul distantei dintre ele.

CINEMATICA

Este ramura mecanicii,in care pentru descrierea miscarii sunt folosite metode matematice fara a lua in calcul fortele si masele sistemului.Miscarea poate fi definita ca o modificare continua a pozitiei.Miscarea completa este cunoscuta daca stim cum se misca fiecare punct al corpului.Pozitia unui mobil este precizata prin proiectile lui pe cele trei axe ale unui sistem de coordonate ortogonale.Pe masura ce mobilul se misca de-a lungul unei traiectorii din spatiu, proiectile lui se misca in lungul celor trei axe.Miscarea rectilinie, este miscarea unui mobil in lungul unei drepte

Electricitate şi magnetism

Deşi grecii antici ştiau proprietăţile electrostatice ale chihlimbarului, iar chinezii au făcut magneţi încă din 2700 î.Chr., experimentarea şi înţelegerea electricităţii şi a fenomenelor magnetice nu s-au realizat până la sfârşitul secolului XVIII. În 1785, fizicianul francez Augustin de Coulomb a confirmat, experimental, că sarcinile electrice se atrag şi se resping, conform unei legi similare cu cea a gravitaţiei. O particulă încărcată cu sarcină pozitivă, atrage o particulă încărcată cu sarcină negativă şi au tendinţa de a accelera una spre cealaltă. În 1800, fizicianul italian Alessandro Volta a descoperit bateria chimică.
Fizicianul german Georg Simon Ohm a descoperit existenţa unei proporţionalităţi simple şi constante între curentul continuu şi puterea electromotoare dată de baterie, cunoscută drept rezistenţa circuitului.
Concepţia istorică de magnetism, bazată pe existenţa unei perechi de poli încărcaţi cu sarcini opuse, a apărut în secolul al XVII-lea, datorită muncii lui Augustin de Coulomb.
Prima conexiune între magnetism şi electricitate a apărut ca urmare a experimentelor făcute de fizicianul şi chimistul olandez Hans Christian Oersted, care, în 1819, a descoperit că acul magnetic poate fi influenţat de o sârmă din apropiere, încărcată cu sarcină electrică.

Andre Marie Amper a arătat, experimental, că două fire electrice se atrag ca doi poli magnetici.
În 1831, Michael Faraday descoperă că, fără a fi conectat la o baterie, curentul electric poate fi indus într-un fir.   În 1887, Heinrich Rudolf Hertz, fizician german, a avut succes în generarea unor unde electromagnetice care se propagau în spaţiu cu viteza luminii. Aceste unde au fost produse cu ajutorul curentului electric. Astfel, s-au pus bazele radioului, radarului, televiziunii şi a altor forme de telecomunicaţie.

Propagarea lineară a luminii era cunoscută din antichitate. Grecii antici credeau că lumina este corpusculară. În secolul XVII, Isaac Newton a dat o teorie bazată pe proprietatea corpusculară a luminii. Robert Hooke – fizician şi Christiaan Huygens – astronom, matematician şi fizician, au propus o teorie de undă, dar nu s-a putut face nici un experiment pentru a demonstra oricare dintre cele două teorii, până la demonstraţia de interfaţă a luminii, realizată de Thomas Young, în prima parte a secolului XIX. O altă demonstraţie a fost făcută de fizicianul francez Fresnel, în favoarea teoriei de undă.

Termodinamica

A început să fie demonstrată de fizicieni în secolul XIX:
- William Thomson (legea I a termodinamicii);
- Nicolas Leonard Sadi Carnot (legea a II-a a termodinamicii, 1824);
- Joseph Louis Gay-Lussac şi Jacques Alexandre Cezar-Charles (transformarea izobară, izocoră şi izotermă şi adiabată).

Teoria cinetică

Conceptul modern al atomului a fost propus de chimistul şi fizicianul britanic John Dalton în 1808.Teoria lui Dalton a fost continuată şi definită de fizicianul şi chimistul italian Amedeo Avogadro în 1811, dar nu a fost acceptată decât peste 50 ani, când a pus bazele teoriei cinetice a gazelor.
În 1880, cele mai multe fenomene puteau fi explicate de mecanica newtoniană, teoria electromagnetică a lui Maxwel, termodinamică şi statistica mecanică a lui Boltzmann.

Probleme precum determinarea proprietăţilor eterului şi explicaţia spectrului de radiaţii din solide şi gaze erau necunoscute. Aceste fenomene au pus baza unei revoluţii ştiinţifice. Au fost făcute o serie de descoperiri remarcabile ale ultimului deceniu al secolului al XIX-lea: descoperirea razelor X de către W. C. Roentgen în 1895; descoperirea electronului de către J. J. Thomson în 1895; a radioactivităţii de către A.H. Becquerel în 1896 şi a efectului fotoelectric de către Hertz, W. Hallwachs şi P.E. Alenard în perioada 1887-1889.

Toate aceste descoperiri au fost explicate în primii 30 de ani ai secolului XX prin teoria cuantică şi teoria relativităţii, punând bazele fizicii moderne.


Fizica modernă


Teoria relativităţii

În 1905, Albert Einstein a formulat teoria relativităţii. El a continuat şi definitivat experimentul făcut de Michelson-Morley.
În 1915, Einstein generalizează ipoteza sa şi formulează teoria generală a relativităţii, care se aplică tuturor sistemelor ce se accelerează unul faţă de celălalt.

Teoria cuantică

Spectrul emis de corpuri luminate a fost pentru prima dată explicat de fizicianul Max Planck.Planck a făcut presupunerea că moleculele pot emite unde electromagnetice.

Fotoelectricitatea

Principalele aspecte ale fenomenului de fotoelectricitate sunt:
- energia fiecărui fotoelectron depinde de frecvenţa luminii şi nu de intensitate;
- rata emisiei de electroni depinde de intensitatea luminii şi nu de frecvenţă;
- fotoelectronii sunt emişi imediat ce lumina atinge suprafaţa de emisie.
Aceste observaţii nu au putut fi explicate prin teoria electromagnetică a lui Maxwell.

Einstein a presupus în 1905 că lumina poate fi absorbită numai în fotoni. Fotonul dispare complet în procesul de absorbţie, iar toată energia lui se duce la un electron din metal. Cu această presupunere, Einstein a extins teoria cuantică dată de Planck, dând o importanţă deosebită dualităţii undă-particulă a luminii. Pentru aceasta, în 1921, Einstein a primit Premiul Nobel în fizică.

Razele X

Au fost descoperite de Roentgen şi au fost prezentate, în 1912, ca radiaţii electromagnetice de lungime foarte scurtă, de către fizicianul Max Theodor Felix von Lane şi colaboratorii săi.

Mecanismul producerii razelor X s-a arătat a fi un efect cuantic. În 1914, fizicianul britanic Henry Gwin-Jeffreis Moseley a folosit spectrograma de raze X pentru a dovedi că numărul atomic al elementelor este acelaşi cu poziţia sa în tabelul periodic al elementelor.

Mecanica cuantică modernă

A fost cercetată şi demonmstrată pentru prima dată între anii 1923-1930: Louis Victor (1923), Clinton Joseph Davisson, Lester Halbert Germer şi George Paget Thomson (experimentele din 1927) precum şi Werner Heisenberg, Max Born, Ernst Pascual Jordan şi Erwin Schrödinger.

Dezvoltarea fizicii din 1930 până în prezent

Dezvoltarea fizicii s-a bazat pe descoperirile fundamentale realizate până în 1930 şi pe evoluţia ulterioară a tehnologiei.

Radiaţiile cosmice

Au fost descoperite în 1911 de Victor Franz Hess. Acestea au fost cercetate mai bine odată cu lansarea în spaţiu a unui satelit artificial în 1959.

Ce este mecanica cuantică?
 Mecanica cuantică e interesantă pentru că pare să sfideze multe din regulile fizicii obişnuite. Însă nu există vreo contradicţie cu ce ştim noi: aceste legi ciudate, valabile la nivel microscopic, când sunt compuse la nivel macroscopic ne dau ceea ce putem observa şi noi. Principiile de bază ale mecanicii cuantice sunt:
 1. Totul e format din bucăţici fundamentale
Cuantizarea cantităţilor fizice ne spune că nimic nu e continuu, există câte o unitate fundamentală pentru orice, de la energie la timp şi spaţiu. Astfel orice distanţă este egală cu o valoare n înmulţit cu acea unitate minimă.

Totul e până la urmă format din bucăţi extrem de mici pe care nu are sens să le împarţi mai departe, pentru că oricum nu poţi măsura un timp/spaţiu mai mic decât acea valoare.

Percepţia noastră e, în mod evident, că totul e continuu, dar creierul nostru e adaptat pentru lumea macroscopică. Dacă atingem corpul cuiva, simţim cum este “plin”, “solid”, dar se ştie că 99.99% e format din spaţiu gol, între nucleele atomilor.
2. Totul e şi o undă şi o particulă

Referindu-se în special la lumină, dualitatea undă-particulă, poate fi aplicată la orice particulă. Profesorul meu de liceu amintea că dacă un foton îţi loveşte ochiul, se simte doar efectul undei, adică lumina vizibilă. Însă dacă o piatră te loveşte, se simte doar efectul particulei.
3. Nu poţi şti cu precizie şi unde te afli şi ce viteză ai

 Principiul incertitudinii al Heisenberg ne spune că există o anumită incertitudine în determinarea locaţiei şi impulsului.
 Cu alte cuvinte dacă afli cu precizie unde se află o particulă, nu poţi să afli impulsul sau viteza, aceasta nefiind din cauza modului în care măsurătoarea se realizează, ci incertitudinea este o lege a fizicii.
Asta a dus la bancul cu Heisenberg oprit de un poliţist, care-l întreabă dacă ştie unde se află, dar H. răspunde că nu ştie, însă ştie cu precizie unde se află.
4. Acţiune ciudată la distanţă

 Porecla, dată de Einstein, se referă la “încurcarea/legarea cuantică” (Quantum entanglement), astfel că două particule, aflate la distanţă una de alta, pot fi legate între ele, şi întotdeauna să aibă aceeaşi stare.
 Scriitorii de SF folosesc ideea asta pentru comunicaţie cu viteză mai mare decât cea a luminii: îi dai un bobârnac unei particule pe Pământ şi efectul va fi resimţit instantaneu la o altă particulă, la o distanţă de 10 ani-lumină.
Însă cercetătorii ne spun că aşa ceva nu se poate, iar informaţia se va transmite tot cu viteza luminii, iar legarea cuantică nu poate fi utilă la comunicaţii.
 Interpretări
 În timp ce ideile de bază şi experimentele sunt clare şi acceptate, interpretările sunt mai disputate şi mai ciudate decât experimentele.
Cele mai acceptate idei implică fie existenţa unei particule în mai multe locuri în acelaşi timp (dar cu diferite probabilităţi), fie existenţa unor universuri paralele.


 Energia nucleara


"O descoperire in sine nu este niciodata buna sau rea... Bunsau rau este numai modul in care oamenii o folosesc."
Karl Winnacker

Societatea moderna industrializata utilizeaza cantitati mari de energie. In zilele noastre exista o preocupare privind rezervele viitorului si a masurilor care sunt necesare pentru conservarea resurselor.
In unele tari, printe care Canada, Statele Unite ale Americii, Japonia si cele vest europene traiesc aproximativ 12,5% din populatia globului. Cu toate acestea aceste tari consuma nu mai putin de 60% din totalul rezervelor energetice mondiale.
Tarile mai sarace, unde traiesc 87,5% din populatia lumii, consuma doar 40% din rezervele energetice. Aceste tari nu isi permit sa consume suficenta energie pentru a isi hranii, imbraca, educa si adaposti corespunzator populatia. Marea parte a energiei mondiale provine din combustibili conventionali- carbune, petrol, gaze naturale. Combustibilii conventionali s-au format din ramasitele fosilizate ale plantelor si animalelor preistorice. Rezervele de combustibili se consuma cu o viteza alarmanta.
Tarile mai sarace se bazeaza mai mult pe resursele energetice inpuizabile, ca lemnul sau balegarul. Acestea nu sunt suficente pentru a asigura intreg necesarul energetic populatiei aflate in continua crestere, cu aproximativ 9 mil. de oameni pe an.
Mai exista multe alte surse de energie, in cantitati aproape nelimitate. Marea incercare este de a gasi si utiliza aceste resurse inaite ca resursele fosile sa fie complet utilizate.

Carbunele

Carbunele asigura aproximativ 35% din necesarul mondial de energie. Este primul combustibil fosil utilizat pe scara larga. Cea mai mare parte s-a format in perioada carbonifera in urma cu 286-360 de mil. de ani. Padurile tropicale, ferigile uriase si alte plante au putrezit si au fost acoperite de pamant. In timp ce plantele putrezeau, substantele organice se transf..si de beneficiile pe care le-ar aduce consefrvarea celor existente. Lista posibilitatilor de economisire este lunga : izolarea termica a locuintelor, utilizarea unor masini mai mici si rentabilizarea industriilor prin eficientizarea si reciclarea deseurilor matalice si eliminarea consumurilor inutile
Acesti pasi vor duce ar duce in viitor la o folosire mai judicioasa a resurselor tot mai rare si implicit mai scumpe, dar totodata ar adduce si beneficii mediului inconjurator.