Разделы физики

Значение физики в современном мире

Определение

Физика — это наука о наиболее общих законах природы, о материи, ее структуре, движении и правилах трансформации.

Многими исследователями физика считается фундаментальной отраслью знаний, так как иные научные дисциплины, такие как биология, география или химия, описывают конкретные материальные системы, их структуру и динамику, опираясь при этом на физические законы. Например, химические свойства атомов определяются их физическими характеристиками.

Важность физики для современного мира невозможно переоценить. Открытия в этой области науки существенно преобразили повседневную жизнь людей практически в каждом уголке планеты. Приведем несколько примеров:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

  1. Появление телефонов, в том числе и мобильных, которые обеспечили быструю, почти мгновенную связь людей между собой вне зависимости от разделяющего их расстояния.
  2. Изобретение компьютеров, что привело к возможности в сжатые сроки обрабатывать огромные массивы данных и информации.
  3. Разработка автомобилей, вертолетов, самолетов и иных видов транспорта, которые увеличили мобильность людей и грузов.
  4. Применение в строительстве: знание физики обеспечивает стойкость возведенных зданий, так как учитываются совершенно разные и многообразные факторы — устойчивость материалов к внешнему воздействию тепла, воды, ветра, возможность противостояния катаклизмам и природным явлениям.
  5. Возрастающее значение в медицине: физические открытия позволяют совершенствовать диагностику на ранних стадиях (например, изобретение рентгена или использование тонометров и электрокардиограмм), а также сделать процесс лечения и даже оперативного вмешательства более точным, безболезненным и безопасным (проведение операций с помощью лазерных аппаратов).
Примечание

Однако следует помнить, что с физикой же связаны и некоторые вопросы и явления, которые привлекают внимание и беспокойство общественности, к примеру, утилизация радиоактивных отходов или эксплуатация атомных электростанций.

Экспериментальная и теоретическая физика

Определение

Экспериментальная физика — это способ познания природы, заключающийся в изучении природных явлений в специально приготовленных условиях.

Роль эксперимента в изучении окружающего нас мира была признана не сразу, а лишь начиная со времен Галилея и его последователей. До этого в науке превалировал иной подход, которому учили в Древней Греции: более надежными данными считались такие, которые получены путем размышления, в то время как реальными опытами можно было пренебречь.

Примечание

Экспериментальная физика тесно связана с теоретической: негативные результаты эксперимента сообщают о неприменимости физической теории к нашему миру. Однако согласие эксперимента с теорией не говорит о верности и корректности последней.

Кроме того, экспериментальная физика должна включать в себя исключительно описание результатов, но не их интерпретацию, однако на практике это невозможно. Это происходит потому, что теоретическая физика обеспечивает исследователей знанием, как ведут себя все элементы экспериментальной установки.

Определение

Теоретическая физика — это такой способ познания природы, в котором широко используется создание теоретических (в первую очередь математических) моделей явлений и сопоставление их с реальностью, а также объяснение последней.

В основе методологии данного раздела физической науки лежит аксиома о том, что по какой-либо причине описание природных явлений и процессов посредством построения математических моделей высокоэффективно.

Конечным результатом теоретической физики является физическая теория с определенным содержанием.

Признаки физической теории:

  • математическая непротиворечивость;
  • возможность получать внутри теории предсказания для экспериментов; согласие эксперимента с теорией.

Структура физической теории:

  • перечисление круга явлений, для изучения которых разрабатывается математическая модель;
  • аксиомы, определяющие свойства математической модели;
  • наблюдаемые физические объекты;
  • следствия математических аксиом и их эквиваленты в реальном мире.

Дополнительные, но крайне желательные элементы физической теории:

  • «Математическая красота»;
  • «Бритва Оккама» — методологический принцип, в кратком виде гласящий: «Не следует множить сущее без необходимости»;
  • склонность к прогнозированию;
  • «Принцип соответствия» — возможность встроить теорию в уже существующую с целью избежать дублирования информации.

Прикладная физика

Определение

Прикладная физика — это комплекс научных дисциплин, разделов и направлений физики, в качестве цели которых выступает решение физических проблем для конкретных технологических и практических применений.

Необходимо отметить, что прикладная физика основывается на данных теоретической, так как основывается на основополагающих понятиях и законах. Поэтому, как и в случае с экспериментальным разделом, мы можем наблюдать тесную связь между ними.

Ввиду того, что физика — это фундаментальная наука, которая описывает все аспекты нашего мира, исследования в прикладной области зачастую междисциплинарные.

Основные разделы физики: что они изучают

Основные группы разделов:

  • макроскопическая физика;
  • микроскопическая физика;
  • междисциплинарные отрасли знаний.
Определение

Макроскопическая физика изучает явления и законы мира, в котором размеры объектов сопоставимы с размером человеческого тела.

Ее разделы:

  1. Механика — изучает движение материальных тел и взаимодействие между ними. При этом уточняется понятие движения. Особенно выделяется классическая механика, которая имеет четко выделенные границы применимости: она не описывает движения в «микромире».
  2. Общая теория относительности — уточняет специальную теорию относительности А. Эйнштейна, учитывает кривизну пространства.
  3. Оптика — рассматривает явления, касающиеся распространения электромагнитных волн видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов спектра; вводит понятие света и изучает его особенности; включает в себя волновую, молекулярную, нелинейную и кристаллооптику.
  4. Термодинамика — изучает наиболее общие свойства макроскопических систем и способы передачи и превращения энергии в таких системах. Данный раздел физики уточняет понятие температуры. Термодинамика является одним из наиболее полных и изученных разделов физической науки.
  5. Физика колебаний и волн — изучает физические явления, которые отличаются циклическим изменением физических величин во времени и в пространстве; выделяет колебательные (механические, электромагнитные, электромеханические колебания) и волновые процессы (упругие и электромагнитные волны).
  6. Электродинамика — изучает электромагнитное поле и его электромагнитное воздействие. Объекты изучения — электромагнитное излучение, электрический ток и т.д., включает в себя электродинамику сплошных сред, магнитогидродинамику и электрогидродинамику.
Определение

Микроскопическая физика исследует «микромир», в котором объекты во много раз меньше человека.

Ее разделы:

  1. Атомная физика — изучает строение и свойства атомов. Она получила развитие на рубеже XIX — XX веков,  перемежается с ядерной.
  2. Квантовая физика — изучает квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Она отличается исключительно описательным характером, включает в себя такие подразделы: квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая статистическая физика, квантовая оптика. Квантовая физика  разрабатывалась А. Эйнштейном и многими другими исследователями.
  3. Статистическая физика — изучает системы с произвольным числом степеней свободы. Она делится на статистическую механику, статистическую теорию поля физическую кинетику и квантовую статистику. Она  оперирует такими понятиями, как фазовое пространство, статистический вес, статистическая сумма и т.д. Прогнозы носят вероятностный характер.
  4. Физика конденсированных сред — занимается исследованиями макроскопических и микроскопических свойств вещества, особенно в таких обстоятельствах, когда количество составляющих элементов (например, атомов) достаточно велико и взаимодействия между ними интенсифицируются. Подразделами этой дисциплины являются физика твердого тела, жидкостей, атомов и молекул, а также наноструктур.
  5. Ядерная физика — изучает структуру и свойства атомных ядер, а также их столкновения (ядерные реакции), оперирует такими понятиями, как атом, нейтрон, протон и др., имеет принципиальное значение для многих смежных дисциплин.

Междисциплинарные разделы (список основных отраслей):

  1. Астрофизика — дисциплина на стыке физики и астрономии, изучает физические процессы в астрономических объектах.
  2. Геофизика — дисциплина на стыке геологии и физики, особенное практическое значение имеет ее подраздел сейсмология, которая занимается землетрясениями, их причинами и последствиями.
  3. Материаловедение — дисциплина, изучающая, как изменяются свойства материалов, как в твёрдом, так и в жидком состоянии в зависимости от тех или иных факторов. Основные вопросы — структура веществ, электронные, термические, химические, магнитные, оптические свойства. Она включает в себя космическое материаловедение, нанотехнологии, кристаллографию, металловедение.
  4. Медицинская физика — практическое применение физических подходов в медицине и здравоохранении. Она подразумевает одиннадцать основных направлений работы: решение научных проблем; измерение доз, которые может перенести пациент; управление рисками в медицине; спецификация, отбор, приемочные испытания, ввод в эксплуатацию и контроль качества медицинских приборов; клиническое участие; оптимизация процесса лечения, экспертная консультация; образование сотрудников здравоохранения; оценка медицинских технологий; разработка и внедрение инноваций.
  5. Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Она делится на фундаментальную, прикладную и законодательную.

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 5.00 (Голосов: 4)

Заметили ошибку?

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»