Câmpurile fizice și disciplinele de studiu

Fizică este ramura științei care se preocupă de natura și proprietățile materiei nevii și energie care nu este tratată de chimie sau biologie și legile fundamentale ale materialului univers. Ca atare, este un domeniu de studiu imens și divers.

Pentru a da un sens, oamenii de știință și-au concentrat atenția pe una sau două domenii mai mici ale disciplinei. Acest lucru le permite să devină experți în acel domeniu restrâns, fără a se împiedica de volumul pur de cunoștințe care există cu privire la lumea naturală.

Fizica este uneori împărțită în două mari categorii, bazate pe istoria științei: Fizică clasică, care include studii apărute de la Renaștere până la începutul Secolului 20; și Fizică modernă, care include acele studii începute din acea perioadă. O parte a diviziunii ar putea fi considerată la scară: fizica modernă se concentrează pe particule mai mici, mai precise măsurători și legi mai largi care afectează modul în care continuăm să studiem și să înțelegem modul în care lumea lucrări.

Un alt mod de a diviza fizica este fizica aplicată sau experimentală (practic, utilizările practice ale materiale) în raport cu fizica teoretică (construirea unor legi generale despre modul în care universul lucrări).

Pe măsură ce citiți diferitele forme de fizică, ar trebui să devină evident că există o anumită suprapunere. De exemplu, diferența dintre astronomie, astrofizică și cosmologie poate fi practic lipsită de sens uneori. Pentru toată lumea, adică, cu excepția astronomilor, astrofizicienilor și cosmologilor, care pot lua distincțiile foarte în serios.

Înainte de împlinirea secolului al XIX-lea, fizica s-a concentrat pe studiul mecanicii, luminii, mișcării sunetelor și undelor, căldurii și termodinamicii și electromagnetismului. Domeniile fizicii clasice care au fost studiate înainte de 1900 (și continuă să se dezvolte și să fie predate astăzi) includ:

• Acustică: Studiul undelor sonore și sonore. În acest domeniu, studiați undele mecanice în gaze, lichide și solide. Acustica include aplicații pentru unde seismice, șoc și vibrații, zgomot, muzică, comunicare, auz, sunet subacvatic și sunet atmosferic. În acest fel, cuprinde științele pământului, științele vieții, inginerie și arte.
• Astronomie: Studiul spațiului, inclusiv planetele, stelele, galaxiile, spațiul profund și universul. Astronomia este una dintre cele mai vechi științe, folosind matematica, fizica și chimia pentru a înțelege tot ce se află în afara atmosferei Pământului.
• Fizică chimică: Studiul fizicii în sistemele chimice. Fizica chimică se concentrează pe utilizarea fizicii pentru a înțelege fenomenele complexe la o varietate de scale de la moleculă la un sistem biologic. Subiectele includ studiul nano-structurilor sau dinamica reacțiilor chimice.
• Fizica computationala: Aplicarea metodelor numerice pentru rezolvarea problemelor fizice pentru care există deja o teorie cantitativă.
• electromagnetism: Studiul electricității și campuri magnetice, care sunt două aspecte ale aceluiași fenomen.
• Electronică: Studiul fluxului de electroni, în general într-un circuit.
• Dinamica fluidelor / Mecanica fluidelor: Studiul proprietăților fizice ale „fluidelor”, definite special în acest caz pentru a fi lichide și gaze.
• Geofizică: Studiul proprietăților fizice ale Pământului.
• Fizică matematică: Aplicarea unor metode riguroase din punct de vedere matematic pentru rezolvarea problemelor în fizică.
• Mecanică: Studiul mișcării corpurilor într-un cadru de referință.
• Meteorologie / fizica vremii: Fizica vremii.
• Optica / Fizica luminii: Studiul proprietăților fizice ale luminii.
• Mecanica statistică: Studiul sistemelor mari prin extinderea statistică a cunoașterii sistemelor mai mici.
• termodinamică: Fizica căldurii.

Fizica modernă cuprinde atomul și părțile sale componente, relativitatea și interacțiunea de viteze mari, cosmologie și explorarea spațială și fizica mezoscopică, acele piese ale universului care se încadrează ca mărime între nanometri și micrometri. Unele dintre domeniile fizicii moderne sunt:

• Astrofizică: Studiul proprietăților fizice ale obiectelor din spațiu. Astăzi, astrofizica este adesea folosită în mod interschimbabil cu astronomia și mulți astronomi au grade de fizică.
• Fizică atomică: Studiul atomilor, în special proprietățile electronilor atomului, deosebite de fizica nucleară care consideră nucleul singur. În practică, grupurile de cercetare studiază de obicei fizica atomică, moleculară și optică.
• Biofizică: Studiul fizicii în sistemele vii la toate nivelurile, de la celule individuale și microbi la animale, plante și ecosisteme întregi. Biofizica se suprapune biochimiei, nanotehnologiei și bioingineriei, cum ar fi derivarea structurii ADN-ului din cristalografia cu raze X. Subiectele pot include bio-electronică, nano-medicină, biologie cuantică, biologie structurală, cinetică enzimatică, conducere electrică în neuroni, radiologie și microscopie.
• Haos: Studiul sistemelor cu o sensibilitate puternică la condițiile inițiale, astfel încât o ușoară schimbare la început devin rapid schimbări majore ale sistemului. Teoria haosului este un element al fizicii cuantice și utilă în mecanica cerească.
• Cosmologie: Studiul universului în ansamblu, inclusiv originile și evoluția sa, inclusiv Big Bang-ul și modul în care universul va continua să se schimbe.
• Criofizică / criogenă / fizică la temperatură joasă: Studiul proprietăților fizice în situații de temperatură scăzută, mult sub punctul de îngheț al apei.
• Cristalografie: Studiul cristalelor și structurilor cristaline.
• Fizica cu energie ridicată: studiul fizicii în sisteme de energie extrem de ridicate, în general în fizica particulelor.
• Fizică de înaltă presiune: Studiul fizicii în sisteme de înaltă presiune, în general legate de dinamica fluidelor.
• Fizica laserului: Studiul proprietăților fizice ale laserelor.
• Fizică moleculară: Studiul proprietăți fizice de molecule.
• Nanotehnologia: știința construcției circuitelor și mașinilor din molecule și atomi unici.
• Fizica nucleara: Studiul proprietăților fizice ale nucleului atomic.
• Fizica particulelor: Studiul particulelor fundamentale și forțele interacțiunii acestora.
• Fizica plasmatică: Studiul materiei în faza plasmatică.
• Electrodinamica cuantică: Studiul modului în care interacționează electronii și fotonii la nivel mecanic cuantic.
• Mecanica cuantică / Fizică cuantică: Studiul științei unde cele mai mici valori discrete ale materiei și energiei devin relevante.
• Optică cuantică: Aplicarea fizică cuantică la lumină.
• Teoria câmpului cuantic: Aplicarea fizicii cuantice pe câmpuri, inclusiv în forțe fundamentale ale universului.
• Gravitatea cuantică: Aplicarea fizicii cuantice la gravitație și unificarea gravitației cu celelalte interacțiuni de particule fundamentale.
• Relativitatea: Studiul sistemelor care prezintă proprietățile lui Einstein teoria relativitatii, care implică în general deplasarea la viteze foarte apropiate de viteza luminii.
• Teoria șirurilor / teoria superstringului: Studiul teoriei conform căruia toate particulele fundamentale sunt vibrații ale șirurilor de energie unidimensionale, într-un univers dimensional superior.

Surse și lectură ulterioară

• Simonyi, Karoly. „O istorie culturală a fizicii”. Trans. Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "Conundrums de nesfârșită a fizicii clasice." Ars Technica, 4 august 2014.
• Teixeira, Vânzătorii de bătrâni, Ileana Maria Greca și Olival Freire. "Istoria și filosofia științei în predarea fizicii: o sinteză de cercetare a intervențiilor didactice." Educatie stiintifica 21.6 (2012): 771–96. Imprimare.