الفروع الثلاثة عشر للفيزياء الكلاسيكية والحديثة

من بين فروع الفيزياء الكلاسيكية والحديثة ، يمكننا تسليط الضوء على الصوتيات والبصريات أو الميكانيكا في المجال الأكثر بدائية ، وعلم الكونيات ، وميكانيكا الكم أو النسبية في أحدث التطبيقات.

تصف الفيزياء الكلاسيكية النظريات التي تم تطويرها قبل عام 1900 ، والفيزياء الحديثة الأحداث التي وقعت بعد عام 1900. تتناول الفيزياء الكلاسيكية المادة والطاقة ، على نطاق واسع ، دون الخوض في دراسات كمية أكثر تعقيدًا. الفيزياء الحديثة.

تميز ماكس بلانك ، أحد أهم العلماء في التاريخ ، بنهاية الفيزياء الكلاسيكية وبداية الفيزياء الحديثة بميكانيكا الكم.

فروع الفيزياء الكلاسيكية

1- الصوتيات

الأذن هي الأداة البيولوجية بامتياز لتلقي اهتزازات موجة معينة وتفسيرها على أنها صوت.

الصوتيات ، التي تتناول دراسة الصوت (الأمواج الميكانيكية في الغازات والسوائل والمواد الصلبة) ، تتعلق بإنتاج الصوت والتحكم فيه ونقله واستقباله وتأثيراته.

تشمل التكنولوجيا الصوتية الموسيقى ودراسة الظواهر الجيولوجية والغوازية والغواصات.

يدرس علم النفس الصوتي التأثيرات الفيزيائية للصوت في النظم البيولوجية ، الموجودة منذ أن سمعت فيثاغورس ، لأول مرة ، أصوات الأوتار والمطرق الهزاز التي أصابت السنادين في القرن السادس قبل الميلاد. C. لكن التطور الأكثر إثارة للإعجاب في الطب هو تقنية الموجات فوق الصوتية.

2- الكهرباء والمغناطيسية

الكهرباء والمغناطيسية تأتي من قوة كهرومغناطيسية واحدة. الكهرومغناطيسية هي فرع من العلوم الفيزيائية التي تصف تفاعلات الكهرباء والمغناطيسية.

يتم إنشاء المجال المغنطيسي بواسطة تيار كهربائي متحرك ويمكن للحقل المغناطيسي أن يحفز حركة الشحنات (التيار الكهربائي). تشرح قواعد الكهرومغناطيسية أيضًا الظواهر المغنطيسية الأرضية والكهرومغناطيسية ، التي تصف كيفية تفاعل الجسيمات المشحونة مع الذرات.

في الماضي ، تم تجربة الكهرومغناطيسية على أساس آثار البرق والإشعاع الكهرومغناطيسي كتأثير ضوئي.

تم استخدام المغناطيسية ، لفترة طويلة ، كأداة أساسية للملاحة تسترشد البوصلة.

تم اكتشاف ظاهرة الشحنات الكهربائية أثناء الراحة من قبل الرومان القدماء ، الذين لاحظوا الطريقة التي اجتذبت بها مشط يفرك الجزيئات. في سياق الشحنات الموجبة والسالبة ، تتسبب الشحنات المتساوية في صد بعضها البعض ، بينما تجذب الشحنات المختلفة بعضها البعض.

قد تكون مهتمًا بمعرفة المزيد حول هذا الموضوع من خلال اكتشاف الأنواع الثمانية من الموجات الكهرومغناطيسية وخصائصها.

3- ميكانيكا

إنه مرتبط بسلوك الأجسام المادية ، عند تعرضها لقوى أو تشريد ، والآثار اللاحقة للجسم في بيئتها.

في فجر الحداثة ، وضع العلماء جايام ، غاليليو ، وكبلر ونيوتن الأسس لما يعرف الآن باسم الميكانيكا الكلاسيكية.

يتناول هذا التخصص الفرعي حركة القوى على الأجسام والجزيئات الموجودة في حالة راحة أو تتحرك بسرعات أقل بكثير من سرعة الضوء. يصف الميكانيكا طبيعة الهيئات.

يشتمل مصطلح الجسم على جزيئات ومقذوفات ومركبة فضائية ونجوم وأجزاء من الآلات وأجزاء من المواد الصلبة وأجزاء من السوائل (الغازات والسوائل). الجسيمات هي أجسام ذات بنية داخلية صغيرة ، تُعامل كنقاط رياضية في الميكانيكا الكلاسيكية.

الأجسام الصلبة لها حجم وشكل ، لكنها تحتفظ بالبساطة بالقرب من الجسيمات ويمكن أن تكون شبه صلبة (مرنة ، سائلة).

4- ميكانيكا السوائل

تصف ميكانيكا الموائع تدفق السوائل والغازات. ديناميات الموائع هي الفرع الذي تنشأ منه التخصصات الفرعية ، مثل الديناميكا الهوائية (دراسة الهواء والغازات الأخرى المتحركة) وهيدروديناميكا (دراسة السوائل المتحركة).

يتم تطبيق ديناميات الموائع على نطاق واسع: لحساب القوى واللحظات في الطائرات ، وتحديد كتلة السائل الزيتي عبر خطوط أنابيب النفط ، بالإضافة إلى التنبؤ بأنماط الطقس ، وضغط السدم في الفضاء بين النجوم ونمذجة الانشطار النووي.

يقدم هذا الفرع هيكلاً منهجياً يشمل القوانين التجريبية وشبه التجريبية المستمدة من قياس التدفق وتستخدم لحل المشكلات العملية.

يتضمن حل مشكلة ديناميات الموائع حساب خصائص الموائع ، مثل سرعة التدفق والضغط والكثافة ودرجة الحرارة ووظائف المكان والزمان.

البصريات

تتعامل البصريات مع خصائص وظواهر الضوء المرئي وغير المرئي. دراسة سلوك وخصائص الضوء ، بما في ذلك تفاعلاته مع المادة ، بالإضافة إلى بناء الأدوات المناسبة.

صف سلوك الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. نظرًا لأن الضوء عبارة عن موجة كهرمغنطيسية ، فإن الأشكال الأخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الأشعة السينية ، والموجات الدقيقة ، والموجات اللاسلكية لها خصائص مماثلة.

يرتبط هذا الفرع بالعديد من التخصصات ذات الصلة مثل علم الفلك والهندسة والتصوير الفوتوغرافي والطب (طب العيون وعلم البصريات). توجد تطبيقاته العملية في مجموعة متنوعة من التقنيات والأشياء اليومية ، بما في ذلك المرايا والعدسات والتلسكوبات والمجاهر والليزر والألياف البصرية.

6- الديناميكا الحرارية

فرع الفيزياء الذي يدرس آثار العمل والحرارة والطاقة للنظام. ولد في القرن 19 مع ظهور محرك البخار. إنه لا يتعامل إلا مع الملاحظة والاستجابة على نطاق واسع لنظام يمكن ملاحظته وقياسه.

يتم وصف تفاعلات الغاز على نطاق صغير من خلال النظرية الحركية للغازات. تكمل الطرق بعضها البعض ويتم شرحها من حيث الديناميكا الحرارية أو نظرية الحركة.

قوانين الديناميكا الحرارية هي:

  • قانون Enthalpy : يربط بين أشكال مختلفة من الطاقة الحركية والمحتملة ، في نظام ، مع العمل الذي يمكن للنظام القيام به ، بالإضافة إلى نقل الحرارة.
  • وهذا يؤدي إلى القانون الثاني ، وتعريف متغير دولة آخر يسمى قانون الانتروبيا .
  • يُعرِّف قانون الصفير التوازن الديناميكي الحراري على نطاق واسع ، لدرجة الحرارة مقارنةً بالتعريف الضيق النطاق المتعلق بالطاقة الحركية للجزيئات.

فروع الفيزياء الحديثة

7- علم الكونيات

إنها دراسة هياكل وديناميات الكون على نطاق أوسع. التحقيق في أصلها وهيكلها وتطورها ومقصدها النهائي.

علم الكونيات ، كعلم ، نشأ بمبدأ كوبرنيكوس - الأجرام السماوية تطيع قوانين فيزيائية مماثلة لقوانين الأرض - والميكانيكا النيوتونية ، التي سمحت لنا بفهم تلك القوانين الفيزيائية.

بدأ علم الكونيات الفيزيائي في عام 1915 مع تطور النظرية النسبية العامة لآينشتاين ، تليها اكتشافات الملاحظة الرئيسية في 1920s.

التقدم الهائل في علم الكونيات الرصدي منذ التسعينيات ، بما في ذلك خلفية الميكروويف الكونية ، المستعرات الأعظمية البعيدة ، والمسوحات الانزياح نحو الأحمر في المجرة ، أدى إلى تطوير نموذج قياسي لعلم الكونيات.

يلتزم هذا النموذج بمحتوى الكميات الكبيرة من المادة المظلمة والطاقات المظلمة الموجودة في الكون ، والتي لم يتم تعريف طبيعتها بشكل جيد بعد.

8- ميكانيكا الكم

فرع الفيزياء الذي يدرس سلوك المادة والضوء ، على النطاق الذري ودون الذري. الهدف منه هو وصف وشرح خصائص الجزيئات والذرات ومكوناتها: الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات والجزيئات الباطنية الأخرى مثل الكواركات والغلونات.

تشمل هذه الخصائص تفاعلات الجسيمات مع بعضها البعض ومع الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء ، الأشعة السينية وأشعة جاما).

ساهم العديد من العلماء في إنشاء ثلاثة مبادئ ثورية اكتسبت تدريجياً القبول والتحقق التجريبي بين عامي 1900 و 1930.

  • الخصائص الكمية . يمكن أن يحدث الموضع والسرعة واللون في بعض الأحيان فقط بكميات محددة (مثل النقر فوق رقم برقم). يتعارض هذا مع مفهوم الميكانيكا الكلاسيكية ، التي تنص على أن هذه الخصائص يجب أن توجد في طيف ثابت ومستمر. لوصف فكرة أن بعض الخصائص تنقر ، صاغ العلماء الفعل.
  • جزيئات الضوء . دحض العلماء 200 عام من التجارب بافتراض أن الضوء يمكن أن يتصرف كجسيم وليس دائمًا "مثل الأمواج / الأمواج في البحيرة".
  • يهم الأمواج . المسألة يمكن أن تتصرف أيضا مثل الموجة. يظهر هذا من خلال 30 عامًا من التجارب التي تدعي أن المادة (مثل الإلكترونات) يمكن أن توجد كجزيئات.

9- النسبية

تغطي هذه النظرية نظريتي ألبرت أينشتاين: النسبية الخاصة ، والتي تنطبق على الجسيمات الأولية وتفاعلاتها - التي تصف جميع الظواهر الفيزيائية ما عدا الجاذبية - والنسبية العامة التي تفسر قانون الجاذبية وعلاقته بقوى أخرى من الطبيعة.

وهو ينطبق على عالم الكونيات والفيزياء الفلكية وعلم الفلك. غيرت النسبية افتراضات الفيزياء وعلم الفلك في القرن العشرين ، مما أدى إلى نفي 200 عام من النظرية النيوتونية.

قدم مفاهيم مثل الزمان والمكان ككيان موحد ، ونسبية التزامن ، وتمدد الزمن الحركي والجاذبية ، وتقلص الطول.

في مجال الفيزياء ، قام بتحسين علم الجسيمات الأولية وتفاعلاتها الأساسية ، إلى جانب تدشين العصر النووي.

تنبأ علم الكونيات والفيزياء الفلكية بظواهر فلكية غير عادية مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء والأمواج الجاذبية.

10-فيزياء نووية

إنه مجال فيزياء يدرس النواة الذرية وتفاعلاتها مع الذرات والجزيئات الأخرى ومكوناتها.

11 الفيزياء الحيوية

من الناحية الرسمية ، هو فرع لعلم الأحياء ، على الرغم من أنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالفيزياء ، لأنه يدرس علم الأحياء بالمبادئ والأساليب المادية.

12-الفيزياء الفلكية

إنه رسمياً فرع من فروع علم الفلك ، رغم أنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالفيزياء ، لأنه يدرس فيزياء النجوم وتكوينها وتطورها وبنيتها.

13-الجيوفيزياء

إنه فرع من الجغرافيا ، رغم أنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالفيزياء ، لأنه يدرس الأرض بطرق ومبادئ الفيزياء.

أمثلة بحثية لكل فرع

1 - الصوتيات: تحقيقات UNAM

يقوم مختبر الصوتيات التابع لقسم الفيزياء في كلية العلوم في جامعة الأمم المتحدة ببحوث متخصصة في تطوير وتنفيذ التقنيات التي تسمح بدراسة الظواهر الصوتية.

تشمل أكثر التجارب شيوعًا وسائل الإعلام المختلفة ذات الهياكل المادية المختلفة. يمكن أن تكون هذه الوسائل سائلة أو أنفاقًا للرياح أو استخدام طائرة أسرع من الصوت.

التحقيق الذي يجري حاليًا في UNAM هو طيف تردد الغيتار ، حسب المكان الذي يتم تشغيله فيه. كما تتم دراسة الإشارات الصوتية المنبعثة من الدلافين (Forgach، 2017).

2- الكهرباء والمغناطيسية: تأثير المجالات المغناطيسية في النظم البيولوجية

تجري جامعة منطقة فرانسيسكو خوسيه كالداس بحثًا عن تأثير الحقول المغناطيسية في النظم البيولوجية. كل هذا من أجل تحديد جميع التحقيقات السابقة التي أجريت بشأن هذا الموضوع وإصدار معرفة جديدة.

تشير الأبحاث إلى أن المجال المغناطيسي للأرض دائم وديناميكي ، مع فترات متناوبة شدة عالية ومنخفضة.

يتحدثون أيضًا عن الأنواع التي تعتمد على تكوين هذا المجال المغناطيسي لتوجيه أنفسهم ، مثل النحل والنمل والسلمون والحيتان وأسماك القرش والدلافين والفراشات والسلاحف وغيرها (Fuentes ، 2004).

3 - الميكانيكا: جسم الإنسان والجاذبية الصفرية

على مدار أكثر من 50 عامًا ، أجرت ناسا بحثًا متقدمًا عن تأثيرات الجاذبية الصفرية على جسم الإنسان.

سمحت هذه التحقيقات للعديد من رواد الفضاء بالتحرك بأمان على سطح القمر ، أو العيش لأكثر من عام في محطة الفضاء الدولية.

تحلل أبحاث ناسا التأثيرات الميكانيكية التي تنطوي عليها الجاذبية الصفرية على الجسم ، بهدف تقليلها والتأكد من أن رواد الفضاء يمكن إرسالهم إلى أماكن بعيدة في النظام الشمسي (Strickland & Crane ، 2016).

4- ميكانيكا الموائع: تأثير ليدن فروست

تأثير Leidenfrost هو ظاهرة تحدث عندما يلامس قطرة مائع سطحًا ساخنًا عند درجة حرارة أعلى من نقطة الغليان.

ابتكر طلاب الدكتوراه من جامعة لييج تجربة لمعرفة آثار الجاذبية على وقت تبخر السائل ، وسلوك هذا خلال هذه العملية.

تم تسخين السطح وإمالته في البداية عند الضرورة. تم تتبع قطرات الماء المستخدمة عن طريق الأشعة تحت الحمراء ، وتنشيط المحركات المؤثرة في كل مرة يبتعدون فيها عن وسط السطح (Investigación y ciencia ، 2015).

البصريات: ملاحظات ريتر

يوهان فيلهلم ريتر كان صيدلانيًا وعالمًا أجرى تجارب طبية وعلمية عديدة. ومن أبرز مساهماته في مجال البصريات اكتشاف الضوء فوق البنفسجي.

اعتمد ريتر في بحثه على اكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء بواسطة ويليام هيرشل في عام 1800 ، حيث قرر بهذه الطريقة أنه كان من الممكن وجود أضواء غير مرئية وإجراء تجارب مع كلوريد الفضة وعوارض الضوء المختلفة (Cool Cosmos، 2017) .

6- الديناميكا الحرارية: الطاقة الشمسية الحرارية في أمريكا اللاتينية

يركز هذا البحث على دراسة مصادر بديلة للطاقة والحرارة ، مثل الطاقة الشمسية ، مع الإسقاط الديناميكي الحراري للطاقة الشمسية كمصدر مستدام للطاقة باعتباره مصلحتها الرئيسية (Bernardelli، 201).

لهذا الغرض ، تنقسم وثيقة الدراسة إلى خمس فئات:

1- الإشعاع الشمسي وتوزيع الطاقة على سطح الأرض.

2- استخدامات الطاقة الشمسية

3- خلفية وتطور استخدامات الطاقة الشمسية.

4- المنشآت والأنواع الحرارية.

دراسات حالة في البرازيل وشيلي والمكسيك.

7- علم الكونيات: مسح الطاقة المظلمة

دراسة الطاقة المظلمة ، أو دراسة الطاقة المظلمة ، هي دراسة علمية أجريت في عام 2015 ، وكان هدفها الرئيسي هو قياس بنية الكون على نطاق واسع.

من خلال هذا البحث ، تم فتح الطيف أمام العديد من التحقيقات الكونية ، والتي تهدف إلى تحديد مقدار المادة المظلمة الموجودة في الكون الحالي وتوزيعه.

من ناحية أخرى ، فإن النتائج التي توصلت إليها DES تتعارض مع النظريات التقليدية حول الكون ، والتي صدرت بعد مهمة بلانك الفضائية ، بتمويل من وكالة الفضاء الأوروبية.

أكد هذا البحث نظرية أن الكون يتكون حاليًا من مادة مظلمة بنسبة 26٪.

كما تم تطوير خرائط تحديد المواقع التي تقاس بدقة بنية 26 مليون مجرة ​​بعيدة (برناردو ، 2017).

8- ميكانيكا الكم: نظرية المعلومات والحوسبة الكمومية

يسعى هذا البحث إلى استكشاف مجالين جديدين للعلوم ، مثل المعلومات والحوسبة الكمومية. كلتا النظريتين أساسية للنهوض بأجهزة الاتصالات ومعالجة المعلومات.

تعرض هذه الدراسة الحالة الحالية للحوسبة الكمومية ، مدعومة بالتطورات التي حققتها مجموعة الحوسبة الكمية (GQC) (لوبيز) ، وهي مؤسسة مكرسة لإعطاء المحادثات وتوليد المعرفة حول هذا الموضوع ، بناءً على الأول تورينج يفترض عن الحوسبة.

9- النسبية: تجربة إيكاروس

جلب البحث التجريبي لإيكاروس ، الذي أجري في مختبر غران ساسو ، إيطاليا ، الهدوء إلى العالم العلمي من خلال التحقق من صحة نظرية أينشتاين النسبية.

قاس هذا التحقيق سرعة سبعة نيوتريونات مع حزمة من الضوء قدمها المركز الأوروبي للبحوث النووية (CERN) ، وخلص إلى أن النيوتريونات لا تتجاوز سرعة الضوء ، كما تم استنتاجه في التجربة السابقة للمختبر نفسه.

كانت هذه النتائج عكس النتائج التي تم الحصول عليها في التجارب السابقة من قبل CERN ، والتي خلصت في السنوات السابقة إلى أن النيوتريونات سافر بسرعة 730 كيلومترًا من الضوء.

على ما يبدو ، كان الاستنتاج الذي قدمته CERN سابقًا بسبب ضعف اتصال GPS في وقت التجربة (El tiempo ، 2012).