Home ⇒ 👍Фізика ⇒ Розділи фізики

Розділи фізики

Фізика – це область природознавства, це наука про найпростіші і найбільш загальних природних законах, про матерії, її русі і структурі. В основі всього природознавства лежать закони фізики.

Вперше термін “фізика” фігурує в навчаннях Аристотеля, ще в $ IV $ столітті до нашої ери. Спочатку термін “філософія” і термін “фізика” були синонімами, оскільки в основі цих дисциплін було прагнення пояснити закони Всесвіту. Однак наукова революція $ XVI $ століття привела до трансформації фізики в окрему дисципліну.

Предмет і значення фізики в сучасному світі

Фізика – це наука про природознавстві, в загальному сенсі слова є частиною природознавства. Предметом її вивчення є матерія, у вигляді полів і речовини, а також загальні форми її руху. Також до предмету вивчення фізики можна віднести фундаментальні природні взаємодії, які керують рухом матерії.

Спільними для всіх матеріальних систем є деякі закономірності, які називаються фізичними законами. Часто фізику називають фундаментальною наукою, оскільки інші природні науки (біологія, хімія, геологія) описують тільки конкретні класи матеріальних систем, які підкоряються фізичним законам.

Предмет вивчення хімії – атоми, речовини, що складаються з них, а також перетворення одних речовин в інші. Хімічні властивості будь-якої речовини визначаються фізичними властивостями молекул та атомів, які описуються в таких розділах фізики, як електромагнетизм, термодинаміка і квантова фізика.

Фізика тісно пов’язується з математикою, оскільки вона являє механізм, за допомогою якого фізичні закони можуть формулюватися максимально точно. Всі фізичні закони практично завжди формулюються у вигляді рівнянь. Причому в даному випадку використовуються найбільш складні розділи математики, ніж в інших науках. І навпаки, потребами фізичної науки стимулювався розвиток більшості областей математики.

Значення фізики в сучасному світі дуже велике. Все, чим відрізняється нинішнє суспільство від суспільства минулих століть, виникло в результаті застосування фізичних відкриттів.

Дослідження в сфері електромагнетизму призвели до виникнення стаціонарних і мобільних телефонів. Завдяки відкриттям термодинаміки вийшло створити автомобіль, а розвиток електроніки спровокувало виникнення комп’ютерної техніки. Фотоніка дає можливість створити принципово нові комп’ютери і фотонну техніку, які стрімко заміщають сучасну електронну техніку і пристосування. А розвиток газодинаміки дало народження літакам і вертольотам.

Знання фізичних процесів, які постійно відбуваються в природі, поглиблюються і розширюються. Велика частина нових і сучасних відкриттів отримує техніко-економічне застосування, найчастіше в промисловості.

Перед сучасними дослідниками регулярно виникають нові завдання і загадки – спливають явища, для пояснення яких необхідно розробляти нові фізичні теорії. Незважаючи на великий досвід набутих знань, сучасна фізика ще далека від того, щоб пояснити все природні явища.

Загальні наукові основи методів фізики розробляються в методології науки і в теорії пізнання.

Експериментальна та теоретична фізика

У своїй основі фізика є експериментальною наукою: все її теорії та закони спираються і засновані на досвідчених даних. Але, незважаючи на це, саме нові теорії – основна причина проведення нових експериментів, в результаті здійснення яких лежать нові відкриття. Тому прийнято розрізняти теоретичну і експериментальну фізику.

В основі експериментальної фізики лежить дослідження явищ природи в тих умовах, які були підготовлені заздалегідь. До завдань даного виду фізики входить виявлення явищ, які не були відомі раніше, а також спростування або підтвердження фізичних теорій. У фізиці більшість досягнень були зроблені завдяки експериментального виявлення фізичних явищ, що не описуються існуючими теоріями.

Експериментальне вивчення фотографічного ефекту стало однією з передумов створення квантової механіки.

Хоча науковим народженням квантової механіки вважається поява гіпотези Планка, який висунув її для вирішення ультрафіолетової катастрофи, що була парадоксом класичної теоретичною фізикою випромінювання.

Завданнями теоретичної фізики є формулювання загальних природних законів, пояснення їх на основі різних природних явищ, а також прогнозування незвіданих досі процесів. Достовірність фізичної теорії можна перевірити експериментально: якщо його результати збігаються з прогнозами теорії, то вона вважається адекватною і точно описує конкретне явище. При вивченні кожного явища або процесу однаково важливі і теоретична, і експериментальна фізика.

Прикладна фізика

Фізика з самого свого народження мала величезне прикладне значення, вона розвивалася разом з механізмами, машинами, які людство використовувало для своїх потреб. Фізика часто застосовується в інженерних науках, більшість фізиків були винахідниками. Механіка, як розділ фізики, була тісно пов’язана з опором матеріалів і з теоретичною механікою, як з головними інженерними науками.

Термодинаміка пов’язана з конструюванням теплових двигунів і теплотехнікою. Електрика прямо пов’язане з електронікою і електротехнікою, для розвитку і становлення якої були важливі дослідження в галузі фізики твердого тіла. Завдяки досягненням ядерної фізики виникла ядерна енергія. Даний список можна продовжувати довго.

Також фізика має широкі міждисциплінарні зв’язки. На кордоні хімії, фізики та інженерних наук виникає і швидко розвивається така галузь, як матеріалознавство. Хімією використовуються інструменти і методи, що призводить до становлення двох дослідницьких напрямків: хімічної фізики і фізичної хімії.

Широких обертів набирає біофізика, яка є областю досліджень на кордоні між фізикою і біологією, в якій всі біологічні процеси розглядаються з атомарної структури органічних речовин. Геофізика вивчає геологічні явища і їх фізичну природу. Медицина застосовує такі методи, як ультразвукове дослідження і рентгенівське опромінення. Ядерний магнітний резонанс використовується для діагностики, лазери – для лікування очних захворювань, а ядерне опромінення – в онкології.

Основні розділи фізики

Макроскопічна фізика поділяється на:

Механіка: класична механіка, релятивістська механіка, а також механіка суцільних середовищ (акустика, гідродинаміка, механіка твердого тіла). Термодинаміка, яка включає в себе нерівноважну термодинаміку. Оптика: фізична оптика, кристалооптика, молекулярна і нелінійна оптика. Електродинаміка: сюди входить магнітогідродинаміка, електрогідродінаміка, а також електродинаміка для суцільних середовищ.

Мікроскопічна фізика складається з наступних розділів:

Атомна фізика. Статистична фізика: сюди входить статистична механіка, фізична кінетика, а також статистична теорія поля. Фізика конденсованих середовищ: фізика рідин і твердого тіла, фізика наноструктур а також фізика молекул і атомів. Квантова фізика. В даний розділ входять такі підрозділи: квантова теорія поля, квантова механіка, квантова хромодинамика, квантова електродинаміка, а також теорія струн. Ядерна фізика. Фізика високих енергій. Фізика елементарних частинок.

Існують також розділи фізики, які знаходяться на стику наук:

Агрофізика. Акустооптика. Астрофізика. Біофізика. Гідрофізика. Обчислювальна фізика. Геофізика: сейсмологія, петрофізики, геофізична гідродинаміка. Математична фізика. Космологія. Матеріалознавство. Метрологія. Медична фізика. Радіофізика: статистична і квантова радіофізика. Теорія коливань. Технічна фізика. Хімічна фізика. Фізика плазми і атмосфери. Фізична хімія.