Die 13 Zweige der klassischen und modernen Physik
Unter den Zweigen der klassischen und modernen Physik können wir Akustik, Optik oder Mechanik auf dem primitivsten Gebiet und Kosmologie, Quantenmechanik oder Relativität in den neuesten Anwendungen hervorheben.
Die klassische Physik beschreibt Theorien, die vor 1900 entwickelt wurden, und die moderne Physik die Ereignisse, die nach 1900 stattfanden. Die klassische Physik befasst sich auf Makroebene mit Materie und Energie, ohne auf komplexere Quantenstudien einzugehen. der modernen Physik.
Max Planck, einer der bedeutendsten Wissenschaftler der Geschichte, markierte mit der Quantenmechanik das Ende der klassischen Physik und den Beginn der modernen Physik.
Zweige der klassischen Physik
1- Akustik
Das Ohr ist das biologische Instrument schlechthin, um bestimmte Wellenschwingungen aufzunehmen und als Schall zu interpretieren.
Die Akustik befasst sich mit der Untersuchung von Schall (mechanische Wellen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern) und bezieht sich auf die Erzeugung, Steuerung, Übertragung, den Empfang und die Auswirkungen von Schall.
Die akustische Technologie umfasst Musik, das Studium von geologischen, atmosphärischen und U-Boot-Phänomenen.
In der Psychoakustik werden die physikalischen Wirkungen von Schall in biologischen Systemen untersucht, seit Pythagoras zum ersten Mal die Geräusche vibrierender Saiten und Hämmer hörte, die die Ambosse im sechsten Jahrhundert v. Chr. Schlugen. C. Die beeindruckendste Entwicklung in der Medizin ist jedoch die Ultraschalltechnologie.
2- Elektrizität und Magnetismus
Elektrizität und Magnetismus kommen von einer einzigen elektromagnetischen Kraft. Elektromagnetismus ist ein Zweig der Physik, der die Wechselwirkungen von Elektrizität und Magnetismus beschreibt.
Das Magnetfeld wird durch einen in Bewegung befindlichen elektrischen Strom erzeugt und ein Magnetfeld kann die Bewegung von Ladungen (elektrischer Strom) induzieren. Die Regeln des Elektromagnetismus erklären auch geomagnetische und elektromagnetische Phänomene und beschreiben, wie geladene Teilchen mit Atomen interagieren.
In der Vergangenheit wurde Elektromagnetismus auf der Grundlage der Auswirkungen von Blitzen und elektromagnetischer Strahlung als Lichteffekt erlebt.
Der Magnetismus wird seit langem als grundlegendes Instrument für die Navigation mit dem Kompass eingesetzt.
Das Phänomen ruhender elektrischer Ladungen wurde von den alten Römern entdeckt, die beobachteten, wie ein geriebener Kamm Partikel anzog. Im Kontext von positiven und negativen Ladungen stoßen sich gleiche Ladungen gegenseitig ab und unterschiedliche Ladungen ziehen sich gegenseitig an.
Vielleicht möchten Sie mehr über dieses Thema erfahren, indem Sie die 8 Arten von elektromagnetischen Wellen und ihre Eigenschaften entdecken.
3- Mechanik
Es bezieht sich auf das Verhalten von physischen Körpern, wenn sie Kräften oder Verschiebungen ausgesetzt sind, und auf die nachfolgenden Auswirkungen von Körpern in ihrer Umgebung.
Zu Beginn der Moderne legten die Wissenschaftler Jayam, Galileo, Kepler und Newton den Grundstein für die heutige klassische Mechanik.
Diese Unterdisziplin befasst sich mit der Bewegung von Kräften auf Objekte und Partikel, die in Ruhe sind oder sich mit einer Geschwindigkeit bewegen, die erheblich unter der des Lichts liegt. Die Mechanik beschreibt die Natur von Körpern.
Der Begriff Körper umfasst Partikel, Projektile, Raumfahrzeuge, Sterne, Maschinenteile, Teile von Festkörpern, Teile von Flüssigkeiten (Gase und Flüssigkeiten). Die Teilchen sind Körper mit geringer innerer Struktur, die in der klassischen Mechanik als mathematische Punkte behandelt werden.
Starre Körper haben Größe und Form, aber sie behalten eine Einfachheit bei, die der des Partikels nahe kommt, und können halbstarr (elastisch, flüssig) sein.
4- Mechanik von Flüssigkeiten
Die Strömungsmechanik beschreibt den Fluss von Flüssigkeiten und Gasen. Die Fluiddynamik ist der Zweig, aus dem sich Unterdisziplinen wie die Aerodynamik (Untersuchung von Luft und anderen in Bewegung befindlichen Gasen) und die Hydrodynamik (Untersuchung von sich bewegenden Flüssigkeiten) ergeben.
Die Fluiddynamik ist weit verbreitet: Zur Berechnung von Kräften und Momenten in Flugzeugen, zur Bestimmung der Masse von Ölflüssigkeit durch Ölpipelines sowie zur Vorhersage von Wettermustern und zur Kompression von Nebeln in der interstellaren Raum und die Modellierung der Kernspaltung.
Dieser Zweig bietet eine systematische Struktur, die empirische und semi-empirische Gesetze umfasst, die aus der Durchflussmessung abgeleitet und zur Lösung praktischer Probleme verwendet werden.
Die Lösung eines Fluiddynamikproblems umfasst die Berechnung von Fluideigenschaften wie Strömungsgeschwindigkeit, Druck, Dichte und Temperatur sowie Raum- und Zeitfunktionen.
5- Optik
Die Optik befasst sich mit den Eigenschaften und Phänomenen von sichtbarem und unsichtbarem Licht und Sehen. Untersuchen Sie das Verhalten und die Eigenschaften von Licht, einschließlich seiner Wechselwirkungen mit Materie, und bauen Sie geeignete Instrumente auf.
Beschreiben Sie das Verhalten von sichtbarem, ultraviolettem und infrarotem Licht. Da Licht eine elektromagnetische Welle ist, haben andere Formen elektromagnetischer Strahlung wie Röntgenstrahlen, Mikrowellen und Radiowellen ähnliche Eigenschaften.
Dieser Zweig ist relevant für viele verwandte Disziplinen wie Astronomie, Ingenieurwesen, Fotografie und Medizin (Augenheilkunde und Optometrie). Die praktischen Anwendungen finden sich in einer Vielzahl von Technologien und Alltagsgegenständen, einschließlich Spiegeln, Linsen, Teleskopen, Mikroskopen, Lasern und Lichtwellenleitern.
6- Thermodynamik
Zweig der Physik, der die Auswirkungen von Arbeit, Wärme und Energie eines Systems untersucht. Es wurde im 19. Jahrhundert mit dem Erscheinen der Dampfmaschine geboren. Es geht nur um die Beobachtung und Reaktion eines beobachtbaren und messbaren Systems in großem Maßstab.
Kleinräumige Gaswechselwirkungen werden durch die kinetische Theorie der Gase beschrieben. Die Methoden ergänzen sich und werden thermodynamisch oder kinetisch erklärt.
Die Gesetze der Thermodynamik sind:
- Enthalpiegesetz : Bezieht die verschiedenen Formen der kinetischen und potenziellen Energie in einem System auf die Arbeit, die das System ausführen kann, plus die Übertragung von Wärme.
- Dies führt zum zweiten Gesetz und zur Definition einer weiteren Zustandsvariablen, dem Entropiegesetz .
- Das Nullte Gesetz definiert das thermodynamische Gleichgewicht im großen Maßstab der Temperatur im Gegensatz zu der Definition im kleinen Maßstab, die sich auf die kinetische Energie von Molekülen bezieht.
Zweige der modernen Physik
7- Kosmologie
Es ist das Studium der Strukturen und der Dynamik des Universums in größerem Maßstab. Untersuchen Sie den Ursprung, die Struktur, die Entwicklung und das endgültige Ziel.
Die Kosmologie als Wissenschaft entstand nach dem Copernicus-Prinzip - Himmelskörper gehorchen physikalischen Gesetzen, die mit denen der Erde identisch sind - und der Newtonschen Mechanik, die es uns ermöglichten, diese physikalischen Gesetze zu verstehen.
Die physikalische Kosmologie begann 1915 mit der Entwicklung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, gefolgt von bedeutenden Beobachtungsentdeckungen in den 1920er Jahren.
Dramatische Fortschritte in der Beobachtungskosmologie seit den 1990er Jahren, einschließlich des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, entfernter Supernovae und Rotverschiebungsuntersuchungen in der Galaxie, führten zur Entwicklung eines Standardmodells der Kosmologie.
Dieses Modell hält sich an den Inhalt großer Mengen dunkler Materie und dunkler Energien im Universum, dessen Natur noch nicht genau definiert ist.
8- Quantenmechanik
Zweig der Physik, der das Verhalten von Materie und Licht auf atomarer und subatomarer Ebene untersucht. Ziel ist es, die Eigenschaften von Molekülen und Atomen sowie deren Komponenten zu beschreiben und zu erklären: Elektronen, Protonen, Neutronen und andere eher esoterische Teilchen wie Quarks und Gluonen.
Diese Eigenschaften umfassen die Wechselwirkungen der Partikel untereinander und mit elektromagnetischer Strahlung (Licht, Röntgen- und Gammastrahlen).
Mehrere Wissenschaftler trugen dazu bei, drei revolutionäre Prinzipien zu etablieren, die sich zwischen 1900 und 1930 allmählich durchsetzen und experimentell verifizieren ließen.
- Quantifizierte Eigenschaften . Position, Geschwindigkeit und Farbe können manchmal nur in bestimmten Mengen vorkommen (z. B. Klicken Nummer für Nummer). Dies widerspricht dem Konzept der klassischen Mechanik, wonach solche Eigenschaften in einem flachen und kontinuierlichen Spektrum vorliegen müssen. Um die Idee zu beschreiben, dass einige Eigenschaften klicken, haben Wissenschaftler das Verb quantifizieren geprägt.
- Lichtteilchen . Die Wissenschaftler widerlegten 200 Jahre Experimente, indem sie postulierten, dass sich Licht wie ein Teilchen und nicht immer "wie Wellen / Wellen in einem See" verhalten kann.
- Materiewellen . Materie kann sich auch wie eine Welle verhalten. Dies wird durch 30-jährige Experimente belegt, die besagen, dass Materie (wie Elektronen) als Partikel existieren kann.
9- Relativität
Diese Theorie behandelt zwei Theorien von Albert Einstein: die spezielle Relativitätstheorie, die für Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen gilt - die alle physikalischen Phänomene mit Ausnahme der Schwerkraft beschreibt - und die allgemeine Relativitätstheorie, die das Gravitationsgesetz und seine Beziehung zu anderen Kräften erklärt die Natur
Es gilt für den kosmologischen Bereich, die Astrophysik und die Astronomie. Die Relativitätstheorie veränderte die Postulate der Physik und Astronomie im 20. Jahrhundert und verbannte 200 Jahre Newtonsche Theorie.
Er führte Konzepte wie Raum-Zeit als Einheit, Relativität der Gleichzeitigkeit, kinematische und gravitative Ausdehnung der Zeit und Verkürzung der Länge ein.
Auf dem Gebiet der Physik verbesserte er die Wissenschaft der Elementarteilchen und ihrer fundamentalen Wechselwirkungen zusammen mit dem Beginn des Atomzeitalters.
Kosmologie und Astrophysik sagten außergewöhnliche astronomische Phänomene wie Neutronensterne, Schwarze Löcher und Gravitationswellen voraus.
10-Kernphysik
Es ist ein Gebiet der Physik, das den Atomkern, seine Wechselwirkungen mit anderen Atomen und Partikeln sowie deren Bestandteile untersucht.
11-Biophysik
Formal ist es ein Zweig der Biologie, obwohl es eng mit der Physik verwandt ist, da es Biologie mit physikalischen Prinzipien und Methoden studiert.
12-Astrophysik
Formal ist es ein Zweig der Astronomie, obwohl eng mit der Physik verwandt, da es die Physik der Sterne, ihre Zusammensetzung, Entwicklung und Struktur untersucht.
13-Geophysik
Es ist ein Zweig der Geographie, obwohl es eng mit der Physik verwandt ist, da es die Erde mit den Methoden und Prinzipien der Physik studiert.
Forschungsbeispiele für jede Branche
1- Akustik: Untersuchungen der UNAM
Das Akustiklabor des Fachbereichs Physik der Fakultät für Naturwissenschaften der UNAM betreibt spezielle Forschungen zur Entwicklung und Implementierung von Techniken, die das Studium akustischer Phänomene ermöglichen.
Die häufigsten Experimente umfassen verschiedene Medien mit unterschiedlichen physikalischen Strukturen. Diese Mittel können flüssig sein, Windkanäle oder die Verwendung eines Überschallstrahls.
Eine Untersuchung, die derzeit in der UNAM stattfindet, ist das Frequenzspektrum einer Gitarre, abhängig vom Ort, an dem sie gespielt wird. Die akustischen Signale der Delfine werden ebenfalls untersucht (Forgach, 2017).
2- Elektrizität und Magnetismus: Wirkung von Magnetfeldern in biologischen Systemen
Die Francisco José Caldas District University erforscht die Wirkung von Magnetfeldern in biologischen Systemen. All dies, um alle bisherigen Untersuchungen zu diesem Thema zu identifizieren und neues Wissen zu vermitteln.
Forschungen haben ergeben, dass das Erdmagnetfeld permanent und dynamisch ist, wobei sich Perioden mit hoher und niedriger Intensität abwechseln.
Sie sprechen auch über die Arten, die von der Konfiguration dieses Magnetfelds abhängen, um sich zu orientieren, wie Bienen, Ameisen, Lachse, Wale, Haie, Delfine, Schmetterlinge, Schildkröten ua (Fuentes, 2004).
3- Mechanik: menschlicher Körper und Schwerelosigkeit
Seit mehr als 50 Jahren erforscht die NASA die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper.
Dank dieser Untersuchungen konnten sich zahlreiche Astronauten sicher auf dem Mond bewegen oder länger als ein Jahr auf der Internationalen Raumstation leben.
Die NASA-Forschung analysiert die mechanischen Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den Körper mit dem Ziel, diese zu verringern und sicherzustellen, dass Astronauten an weiter entfernte Orte im Sonnensystem geschickt werden können (Strickland & Crane, 2016).
4- Mechanik von Flüssigkeiten: Leidenfrost-Effekt
Der Leidenfrost-Effekt ist ein Phänomen, das auftritt, wenn ein Tropfen einer Flüssigkeit eine heiße Oberfläche bei einer Temperatur berührt, die höher als ihr Siedepunkt ist.
Doktoranden der Universität Lüttich haben ein Experiment erstellt, um die Auswirkungen der Schwerkraft auf die Verdampfungszeit einer Flüssigkeit und deren Verhalten während dieses Prozesses zu untersuchen.
Die Oberfläche wurde zunächst erwärmt und bei Bedarf gekippt. Die verwendeten Wassertröpfchen wurden mit Hilfe von Infrarotlicht verfolgt, wobei Servomotoren jedes Mal aktiviert wurden, wenn sie sich von der Mitte der Oberfläche entfernten (Investigación y ciencia, 2015).
5- Optik: Ritter-Beobachtungen
Johann Wilhelm Ritter war ein deutscher Apotheker und Wissenschaftler, der zahlreiche medizinische und wissenschaftliche Experimente durchführte. Zu seinen bemerkenswertesten Beiträgen auf dem Gebiet der Optik gehört die Entdeckung des ultravioletten Lichts.
Ritter stützte seine Forschungen auf die Entdeckung des Infrarotlichts durch William Herschel im Jahr 1800, wobei er feststellte, dass das Vorhandensein von unsichtbarem Licht möglich war, und Experimente mit Silberchlorid und verschiedenen Lichtstrahlen durchführte (Cool Cosmos, 2017). .
6- Thermodynamik: Thermodynamische Sonnenenergie in Lateinamerika
Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Erforschung alternativer Energie- und Wärmequellen wie der Solarenergie, wobei die thermodynamische Projektion der Solarenergie als nachhaltige Energiequelle im Vordergrund steht (Bernardelli, 201).
Zu diesem Zweck ist das Studiendokument in fünf Kategorien unterteilt:
1- Sonneneinstrahlung und Energieverteilung auf der Erdoberfläche.
2- Nutzung der Sonnenenergie.
3- Hintergrund und Entwicklung der Solarenergienutzung.
4- Thermodynamische Anlagen und Typen.
5- Fallstudien in Brasilien, Chile und Mexiko.
7- Cosmology: Dark Energy Survey
Die Dark Energy Survey, oder Dunklenergie-Umfrage, war eine wissenschaftliche Studie aus dem Jahr 2015, deren Hauptzweck darin bestand, die großräumige Struktur des Universums zu messen.
Mit dieser Untersuchung wurde das Spektrum für zahlreiche kosmologische Untersuchungen geöffnet, die darauf abzielen, die Menge der im gegenwärtigen Universum vorhandenen dunklen Materie und ihre Verteilung zu bestimmen.
Andererseits stehen die Ergebnisse des DES im Widerspruch zu den traditionellen Theorien über den Kosmos, die nach der von der Europäischen Weltraumorganisation Planck finanzierten Weltraummission aufgestellt wurden.
Diese Forschung bestätigte die Theorie, dass das Universum derzeit zu 26% aus dunkler Materie besteht.
Es wurden auch Positionskarten entwickelt, mit denen die Struktur von 26 Millionen entfernten Galaxien genau gemessen werden konnte (Bernardo, 2017).
8- Quantenmechanik: Informationstheorie und Quantencomputing
Diese Forschung zielt darauf ab, zwei neue Bereiche der Wissenschaft wie Information und Quantencomputing zu untersuchen. Beide Theorien sind von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung von Telekommunikations- und Informationsverarbeitungsgeräten.
Diese Studie stellt den aktuellen Stand des Quantencomputers vor, der von den Fortschritten der Quantum Computation Group (GQC) (López) gestützt wird, einer Institution, die sich darauf spezialisiert hat, Vorträge zu halten und Wissen zu diesem Thema zu generieren Turing-Postulate zum Thema Computing.
9- Relativitätstheorie: Ikarus-Experiment
Die experimentelle Ikarus-Forschung, die im Labor von Gran Sasso, Italien, durchgeführt wurde, brachte der wissenschaftlichen Welt Gelassenheit, indem sie bestätigte, dass Einsteins Relativitätstheorie wahr ist.
Bei dieser Untersuchung wurde die Geschwindigkeit von sieben Neutrinos mit einem Lichtstrahl des Europäischen Zentrums für Kernforschung (CERN) gemessen. Dabei wurde der Schluss gezogen, dass Neutrinos die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten, wie im letzten Experiment desselben Labors festgestellt wurde.
Diese Ergebnisse standen im Gegensatz zu früheren Experimenten des CERN, die in früheren Jahren zu dem Schluss kamen, dass Neutrinos 730 Kilometer schneller als Licht waren.
Offensichtlich war die Schlussfolgerung des CERN auf eine schlechte GPS-Verbindung zum Zeitpunkt des Experiments zurückzuführen (El tiempo, 2012).
