الفيزياء هي العلم الدقيقالفيزياء النظرية والتجريبية التي تدرس خصائص المادة والطاقة والزمان والمكان، بالإضافة إلى التفاعل بين كل هذه العناصريعتمد ذلك على الملاحظة وصياغة الفرضيات والتحقق التجريبي لبناء نماذج تصف وتتنبأ بالظواهر الطبيعية بأكبر قدر ممكن من الدقة.
من السمات الأساسية للفيزياء أنها تسعى إلى دقة في استنتاجاتهم وأن تكون هذه يمكن التحقق من ذلك من خلال تجارب قابلة للتكراروبهذه الطريقة، يستطيع أي باحث، في أي مكان، التحقق من النتائج باتباع الإجراء نفسه. علاوة على ذلك، يستخدم علم الفيزياء لغة رياضية دقيقة للتعبير عن القوانين التي تصف الواقع، مما يسمح بتوقعات كمية عالية الدقة.
يشرح علم الفيزياء الظواهر الطبيعية من خلال القوانين، مع التركيز بشكل خاص على تلك العمليات التي إنها لا تُغير التركيب الجزيئي الداخلي. من الأجسام (أي دون الخوض مباشرة في التحولات الكيميائية، التي هي الموضوع الرئيسي للكيمياء). ومع ذلك، توجد علاقة وثيقة بين الفيزياء والكيمياء، خاصة في مجالات مثل الكيمياء الفيزيائية، حيث يتم دراسة المادة والطاقة من خلال الجمع بين مفاهيم من كلا التخصصين.
وهي مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بالرياضيات، لأنها تعتمد عليها. للتعبير عن دراسة الواقع وهذا ما يقلقه. هذه الصلة عميقة لدرجة أن التقدم الرياضي، في كثير من الحالات، قد فتح آفاقاً جديدة لفهم الكون المادي، وعلى العكس من ذلك، ألهمت المشكلات التي تطرحها الفيزياء تطوير فروع جديدة من الرياضيات.
علاوة على ذلك، يشمل علم الفيزياء في مجال دراسته الكيمياء والأحياء والإلكترونيات والعديد من العلوم الطبيعية والتطبيقية الأخرى، ليس لأنه يحل محلها، بل لأنه فهو يوفر إطار القوانين الأساسية والتي تفسر الظواهر التي ترصدها هذه التخصصات. وهكذا، تتعامل الفيزياء الحيوية مع الأنظمة الحية من وجهة نظر فيزيائية، وتدرس الجيوفيزياء الأرض باستخدام المبادئ الفيزيائية، وتطبق الفيزياء الفلكية الفيزياء على دراسة الأجرام السماوية.
يدرس علم الفيزياء ظواهر المادة، ويبني نظرياته، في المستوى الأول، على الميكانيكا الكلاسيكية، ومنها يتم تحليل القوانين التي تحكم الحركة؛ في الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية لدراسة الشحنات الكهرومغناطيسية؛ في الديناميكا الحرارية لدراسة الحرارة وأشكال الطاقة المختلفة؛ في ميكانيكا الكمأن دراسة الطبيعة في المقاييس مساحة صغيرة (الذرات، والإلكترونات، والجسيمات دون الذرية)؛ وفي إحصائيات لدراسة ترددات واحتمالات حدوث الظواهر الفيزيائية، وخاصة عندما تكون هناك كميات هائلة من الجسيمات، كما يحدث في الغازات أو في الأنظمة المعقدة.
الفروع الرئيسية للفيزياء وفقًا لتطورها التاريخي
لدراسة الواقع، تُقسّم الفيزياء عادةً إلى كتل تاريخية ومفاهيمية كبيرة تُتيح لنا فهم كيفية تطور المعرفة العلمية. تقليديًا، تُميّز ثلاثة فروع أو مراحل رئيسية، تتعايش وتُكمّل بعضها بعضًا اليوم:
- الفيزياء الكلاسيكية
- الفيزياء الحديثة
- الفيزياء المعاصرة
يركز كل منظور من هذه المنظورات على نطاقات مميزة من السرعة والطاقة والحجم. تهيمن الفيزياء الكلاسيكية على العالم المادي اليومي؛ وتوسع الفيزياء الحديثة الإطار ليشمل عوالم الذرة وما دون الذرة وسرعات تقترب من سرعة الضوء؛ وتركز الفيزياء المعاصرة على الأنظمة المعقدة والظواهر غير الخطية والعمليات البعيدة عن حالة التوازن.
ما الذي يعتبر فيزياء كلاسيكية؟
يدعى الفيزياء الكلاسيكية إلى مجموعة النظريات والنماذج والقوانين التي تم صياغتها قبل ظهور ميكانيكا الكم والتوحيد الكامل لنظرية النسبية. أي أنها تشمل الفيزياء التي تطورت أساسًا من أعمال غاليليو غاليلي وإسحاق نيوتن وغيرهما من العلماء اللاحقين، والتي تصف سلوك الأجسام في العالم العياني بسرعات أقل بكثير من سرعة الضوء.
ويُطلق عليه أيضاً اسم الفيزياء النيوتونية لأنها تعتمد بشكل كبير على قوانين نيوتن للحركة والجاذبية الكونية. وقد وفرت هذه القوانين إطارًا متماسكًا لتفسير كل شيء بدءًا من سقوط التفاحة وحتى مدارات الكواكب، مما رسخ رؤية الكون كآلية هائلة تحكمها قوانين واضحة وحتمية.
من الناحية العملية، تدرس الفيزياء الكلاسيكية الظواهر التي لها سرعة أقل من سرعة الضوء ومن المقاييس المكانية أكبر من حجم الذرات والجزيئات.يشمل ذلك كل شيء بدءًا من حركات المركبات والآلات وحتى تدفق الأنهار، وانتشار الصوت في الهواء، أو سلوك الغازات في حاوية.
هناك طريقة أخرى لوصف الفيزياء الكلاسيكية وهي القول بأنها تُعتبر، إلى حد كبير، نظرية. حتميةيمكن التنبؤ بالحالة المستقبلية لنظام مغلق بشكل كامل إذا كانت حالته الحالية (الموقع، السرعة، القوى المؤثرة عليه، إلخ) معروفة بدقة، ودائماً ضمن شروط صلاحية النموذج.
في الفيزياء الكلاسيكية، يتم التمييز عادةً بين:
- الفيزياء الكلاسيكية النيوتونية (ما قبل النسبية): استنادًا إلى قوانين نيوتن ومفهوم المكان والزمان مطلقة ومستقلة.
- الفيزياء الكلاسيكية النسبية: يقدم أفكار النسبية الخاصة بالنسبة للظواهر التي تحدث بسرعات عالية ولكن دون الخوض في الوصف الكمي للمادة. وفي العديد من السياقات التقنية، يُعتبر هذا المفهوم كلاسيكيًا أيضًا طالما لم يتم التطرق إلى التأثيرات الكمية على المستوى الذري أو دون الذري.
ما الذي تدرسه الفيزياء الكلاسيكية؟
يركز علم الفيزياء الكلاسيكية على دراسة ما يلي:
- حركات الأجسام الكبيرة (المركبات، والآلات، والكواكب، والمقذوفات) بسرعات أقل بكثير من سرعة الضوء.
- تفاعلات القوى مثل الجاذبية، والقوة المرنة، والاحتكاك، أو القوة المركزية، والتي تحدد المسارات والتغيرات في الحركة.
- انتشار الموجات الميكانيكية مثل الصوت في وسائط مادية مختلفة.
- سلوك الموائع (الغازات والسوائل) في حالة حركة أو سكون، بما في ذلك الضغوط ومعدلات التدفق والاضطراب والتدفقات.
- الظواهر الحراريةالحرارة، ودرجة الحرارة، والأشكال العيانية للطاقة.
- الكهرباء والمغناطيسية الكلاسيكيةوصف المجالات والتيارات دون اللجوء، في المقام الأول، إلى مفاهيم الكم.
وبالنظر إلى كل ذلك، يتضح أن الفيزياء الكلاسيكية ضروري للهندسةالهندسة المعمارية، والبناء، وتصميم الآلات، وعلم الصوتيات التطبيقي، والبصريات التقليدية، وقائمة طويلة من الأنشطة التكنولوجية اليومية.
الاختلافات بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة
عند مقارنة الفيزياء الكلاسيكية بالفيزياء الحديثة، تظهر اختلافات جوهرية في منهجية دراسة الظواهر الفيزيائية وفي نطاق الأنظمة المدروسة. تنشأ الفيزياء الحديثة من دمج... ميكانيكا الكم و نظرية النسبيةوقد أدى ذلك إلى مراجعة بعض مبادئ الفيزياء الكلاسيكية التي كانت تعتبر عالمية.
فيما يلي بعض أوجه التباين الرئيسية بين وجهتي النظر:
- نطاق السرعةيركز علم الفيزياء الكلاسيكي على سرعات أقل بكثير من سرعة الضوء، بينما يتضمن علم الفيزياء الحديث، مع النسبية، ظواهر تحدث عند سرعات تقارب سرعة الضوء.
- مقياس الدراسةتصف الفيزياء الكلاسيكية الأنظمة العيانية مثل الكواكب والآلات والسوائل والهياكل؛ تتجه الفيزياء الحديثة نحو المقاييس. المجهرية ودون الذرية، تحليل الذرات والإلكترونات والفوتونات والجسيمات الأولية.
- الحتميةتتعامل الفيزياء الكلاسيكية مع الأنظمة على أنها الحتميةحيث يُستنتج المستقبل بالكامل من الحاضر. تُقدّم الفيزياء الحديثة، وخاصة ميكانيكا الكم، هذا المفهوم. عدم اليقين والاحتمالية باعتبارها عناصر أساسية عند وصف حالة النظام.
- المكان والزمانفي الفيزياء الكلاسيكية، المكان والزمان هما المقادير المستقلة والمطلقةفي الفيزياء النسبية الحديثة، يتحد المكان والزمان في وقت فراغوتعتمد قياساته على المراقب والسرعة التي يتحرك بها.
- وصف التفاعلتشرح الفيزياء الكلاسيكية ظواهر مثل الجاذبية والكهرباء والمغناطيسية دون الحاجة إلى إدخال جسيمات تحمل التفاعلات؛ تتعمق الفيزياء الحديثة في التفاعلات من خلال الحقول والجسيمات (على سبيل المثال، الفوتونات والبوزونات وغيرها من الجسيمات في النموذج القياسي).
- التطبيقات النموذجيةيتم تطبيق الفيزياء الكلاسيكية بنجاح هائل في الهندسة، الميكانيكا، البناء، الصوتيات، البصريات التقليدية وجزء كبير من التكنولوجيا اليومية. تُطبَّق الفيزياء الحديثة بشكل أساسي في الإلكترونيات المتقدمة، الطاقة النووية، أشباه الموصلات، فيزياء الجسيماتعلم الكونيات والتقنيات المتطورة.
فروع الفيزياء الكلاسيكية
تشمل الفيزياء الكلاسيكية تخصصات مختلفة، وهدفها الرئيسي هو دراسة الظواهر التي تُظهر سرعة أقل من سرعة الضوء وتتجلى هذه التأثيرات على نطاق واسع. ولا تزال هذه الفروع أساسية حتى اليوم، سواء في العلوم الأساسية أو في العديد من التقنيات.
من أهم فروع الفيزياء الكلاسيكية ما يلي:
- الميكانيكا الكلاسيكية
- الديناميكا الحرارية
- الكهرومغناطيسية (الكهرباء والمغناطيسية الكلاسيكية)
- بصريات
- الصوتيات
- ميكانيكا الموائع أو ديناميكا الموائع
يدرس كل تخصص من هذه التخصصات نوعًا محددًا من الظواهر، على الرغم من أنها غالبًا ما تكون مترابطة في الممارسة العملية. على سبيل المثال، يتضمن تصميم محرك الاحتراق الداخلي علم الميكانيكا, الديناميكا الحرارية y ميكانيكا الموائعبينما يتطلب تطوير نظام صوتي احترافي إتقانًا الصوتيات y الكهرومغناطيسية.
الميكانيكا الكلاسيكية
الميكانيكا الكلاسيكية هي العلم الذي يدرس قوانين نيوتن للحركةيشير هذا إلى سلوك الأجسام المادية الكبيرة في حالة السكون والحركة بسرعات أقل بكثير من سرعة الضوء. ويحلل كيفية تأثير القوى على الأجسام وكيف تُحدث هذه القوى تغييرات في حالتها الحركية.
تعتمد كل من الميكانيكا الكلاسيكية والفيزياء الكلاسيكية بشكل عام على قوانين نيوتن ، لا سيما في قوانين حركة الأجسام في الكون (القصور الذاتي، والتناسب بين القوة والتسارع، والفعل ورد الفعل). تسمح لنا هذه القوانين بوصف كل شيء بدءًا من حركة البندول وحتى مسار القمر الصناعي حول الأرض.
في الميكانيكا الكلاسيكية، يمكن تمييز منهجين رئيسيين:
- ميكانيكا المتجهاتيعتمد هذا النهج مباشرةً على قوانين نيوتن، باستخدام المتجهات لتمثيل كميات مثل القوة والسرعة والتسارع. وهو النهج الأكثر بديهية والأكثر شيوعًا في المسائل الهندسية والتكنولوجية.
- الميكانيكا التحليليةتستخدم هذه الطريقة صياغات رياضية أكثر تجريدًا (ميكانيكا لاغرانج وهاملتون) لوصف الحركة. يُعد هذا النهج مفيدًا بشكل خاص في الأنظمة المعقدة ذات درجات الحرية المتعددة، ويضع الأساس للتطورات اللاحقة في الفيزياء النظرية.
تتضمن بعض التطبيقات العملية للميكانيكا الكلاسيكية ما يلي:
- هندسة ميكانيكيتصميم الآليات والهياكل والآلات التي يمكنها تحمل القوى والعمل بأمان.
- التنبؤ بالمسار في مجالات الرياضة، وعلم المقذوفات، والملاحة، وحساب الزوايا والسرعات المثلى.
- حساب المدار فيما يتعلق بالأقمار الصناعية والمركبات الفضائية في الظروف التي لا يزال فيها النهج الكلاسيكي صالحًا.
الديناميكا الحرارية
الديناميكا الحرارية هي العلم الذي يتعامل مع وصف حالات التوازن الديناميكي الحراري على المستوى العياني. يدرس هذا المجال التفاعل بين الحرارة وأشكال الطاقة الأخرى، بالإضافة إلى تحولات الطاقة التي تحدث في الأنظمة الفيزيائية.
المتغيرات الرئيسية التي يستخدمها لوصف المواقف المختلفة هي درجة الحرارة، الضغط، و حجم و عدد المولات من هذه المقادير، يتم صياغة قوانين مثل حفظ الطاقة (القانون الأول للديناميكا الحرارية) والميل الطبيعي لزيادة الفوضى أو الإنتروبيا (القانون الثاني).
ومن المفهوم من قبل توازن حراري التوازن الحراري هو الحالة التي تتساوى فيها درجات حرارة جسمين كانا مختلفين في البداية. بمجرد تساوي درجات الحرارة، يتوقف انتقال الحرارة بينهما، ويصل كلا الجسمين إلى هذه الحالة.
ومن الأمثلة الكلاسيكية على هذا المفهوم استخدام ميزان الحرارةالترمومتر أداة تقيس درجة حرارتها. لقياس درجة حرارة جسم أو مادة أخرى، يُوضع الجسمان متلامسين حتى يصلا إلى حالة التوازن الحراري. وبما أن الجسم والترمومتر يكونان عند درجة الحرارة نفسها في حالة التوازن الحراري، فإن قراءة الترمومتر ستكون هي نفسها درجة حرارة الجسم المراد قياسها.
تُعد دراسة كيفية تفاعل الأنظمة مع التغيرات في بيئتها مفيدة في العديد من فروع العلوم والهندسة. ويلعب علم الديناميكا الحرارية دورًا أساسيًا في تصميم... المحركات، الثلاجات، محطات توليد الطاقة وفي أي عملية صناعية تقريباً يتم فيها تحويل الطاقة والمادة.
فيما يلي بعض تطبيقات الديناميكا الحرارية:
- في هندسة المواد يتم إعدامهم نقل الحرارة والطاقة إلى المواد الخام اللازمة لتصنيع مواد جديدة. ومن الأمثلة على ذلك عملية حرق قطعة خزفية بدرجة حرارة عالية، حيث تعتمد خصائصها النهائية (الصلابة، والمقاومة، واللون) على درجة الحرارة والمدة التي تعرضت لها.
- على المستوى الصناعي، عمليات مثل بسترة وتصنيع الجبن والزبدة من خلال نقل الحرارة المتحكم فيه، لضمان سلامة الأغذية والخصائص الحسية للمنتجات.
- في صناعة الفولاذيتم الحصول على أنواع مختلفة من الفولاذ عن طريق صهر مواد مختلفة في أفران ذات درجات حرارة عالية جدًا، مع التحكم الدقيق في التركيب والدورات الحرارية.
- في توليد الطاقةتعتمد محطات الطاقة الحرارية أو النووية أو ذات الدورة المركبة على دورات الديناميكا الحرارية (مثل دورة كارنو أو رانكين أو برايتون) لتحويل الحرارة إلى عمل ميكانيكي، ومن ثم إلى طاقة كهربائية.
الكهرومغناطيسية
تُدرس الظواهر الكهربائية والمغناطيسية وتُوحد في نظرية واحدة من خلال الكهرومغناطيسية. مايكل فاراداي وجيمس كليرك ماكسويل كانوا أول من وضع أسسها، موضحين أن الكهرباء والمغناطيسية والضوء هي جزء من نفس الظاهرة الفيزيائية.
يعتمد علم الكهرومغناطيسية على معادلات ماكسويل التفاضلية المتجهة الأربعتربط هذه المعادلات بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية ومصادرها المادية (الشحنات والتيارات الكهربائية). وتُبين، من بين أمور أخرى، أن المجال الكهربائي المتغير مع الزمن يُولد مجالاً مغناطيسياً، والعكس صحيح، مما يُفسر انتشار الموجات الكهرومغناطيسية.
تشمل النظرية الكهرومغناطيسية ما يلي: التيار الكهربائي، الاستقطاب الكهربائي و الاستقطاب المغناطيسيتُعد الظواهر الفيزيائية العيانية التي تشمل الشحنات الكهربائية الساكنة والمتحركة، بالإضافة إلى تأثيرات المجالات المغناطيسية والكهربائية على المواد السائلة والصلبة والغازية، موضوعًا للوصف في الكهرومغناطيسية.
تتجلى الأمثلة اليومية لاستخدام الكهرومغناطيسية في المحركات والمولدات الكهربائيةوهي أجهزة تستخدم لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية أو العكس.
- يدعى مولد كهربائي أو مولد تيار متردد أو دينامو إلى الجهاز الذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.
- ويطلق عليه المحركات الكهربائية إلى الجهاز الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية مفيدة.
ومن الأمثلة الكلاسيكية الأخرى للكهرومغناطيسية ما يلي: بوصلةتعتمد حركة إبرتها على مبادئ مغناطيسية مرتبطة بأقطاب الأرض والتفاعل بين المجال المغناطيسي للأرض ومغناطيس البوصلة. إضافةً إلى ذلك، تدخل مبادئ كهربائية ومغناطيسية بسيطة في العملية، مما يسمح بتوجيه الإبرة في اتجاه الشمال والجنوب.
وبعيدًا عن هذه الأجهزة، تُعدّ الكهرومغناطيسية أساسًا لتقنيات مثل الاتصالات اللاسلكية (الراديو، التلفزيون، الهاتف المحمول)، المحولات وخطوط النقل من الطاقة، الأجهزة الإلكترونية (الدوائر المتكاملة، أجهزة الكمبيوتر) وأنظمة التشخيص الطبي مثل الرنين المغناطيسي النووي.
البصريات
علم البصريات هو فرع من فروع الفيزياء يهتم بدراسة الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الضوء، وخصائصها وتفاعلها مع المادة، مع التركيز بشكل خاص على انتشارها وانعكاسها وانكسارها وظواهر التداخل والحيود.
من وجهة نظر الإدراك البشري، يمثل الضوء نطاق الأطوال الموجية الكهرومغناطيسية تلك التي تستطيع العين البشرية رصدها، وعلم البصريات هو الذي يتولى تحليلها. ومع ذلك، يمتد مجال البصريات الحديثة ليشمل الأطوال الموجية غير المرئية، مستفيدًا من مبادئ مماثلة.
تتجه البصريات الفيزيائية نحو اكتشاف وتطبيق الظواهر الجديدةوبناءً على ذلك، يستخدم الباحثون ويطورون مصادر الضوء عبر الطيف الكهرومغناطيسي، من الليزر عالي الطاقة إلى الثنائيات الباعثة للضوء منخفضة الطاقة (LEDs).
كان للبصريات تأثير كبير على الأجهزة العلمية (المجاهر، والتلسكوبات، وأجهزة قياس الطيف)، في الاتصالات (الألياف الضوئية، وأنظمة نقل البيانات) وفي علم القياس (قياس دقيق للمسافات والأزمنة والثوابت الفيزيائية). كما أنه ضروري في مجال البصريات التصحيحية والطبية، مثل النظارات والعدسات اللاصقة والأجهزة الجراحية التي تعمل بالليزر.
الصوتيات
علم الصوتيات هو فرع من فروع الفيزياء يهتم بدراسة الموجات الميكانيكية ينتشر الصوت عبر المادة في أي من حالاتها (صلبة، سائلة، أو غازية)، باستخدام نماذج فيزيائية ورياضية. ويركز على الصوت، والموجات تحت الصوتية، والموجات فوق الصوتية، ويحلل كيفية إنتاج هذه الموجات وانتشارها وإدراكها.
يدرس علم الصوتيات كل ما يتعلق بـ إنتاج الصوت ونقله وتخزينه وإدراكه وإعادة إنتاجهيتم تناول التطبيقات التكنولوجية للصوتيات من خلال ما يسمى الهندسة الصوتية، والتي تشارك في تصميم قاعات الحفلات الموسيقية، واستوديوهات التسجيل، وأنظمة الصوت، والعزل الصوتي في المباني، والعديد من الحلول العملية الأخرى.
تشمل أمثلة الفيزياء الصوتية ما يلي:
- الأجهزة الإلكترونية لجعل التواصل أكثر فعاليةمثل مكبرات الصوت وسماعات الرأس والهواتف وأنظمة الإذاعة العامة.
- التطبيقات الطبية القائمة على الموجات فوق الصوتيةوالتي أثبتت فعاليتها في إنشاء صور للجسم البشري (الموجات فوق الصوتية) وفي الإجراءات العلاجية التي تستخدم الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة.
- ميكروفوناتوالتي تحول الموجات الصوتية إلى إشارات كهربائية للتسجيل أو التضخيم أو الإرسال.
يمتد علم الصوتيات أيضاً إلى مجالات مثل الصوتيات الموسيقية (دراسة الآلات الموسيقية، والأصوات، والمقامات الموسيقية)، السمعيات النفسية (إدراك الصوت بواسطة الجهاز السمعي البشري) و الصوتيات البيئية (السيطرة على الضوضاء والتلوث الصوتي في المناطق الحضرية والصناعية).
ديناميكا الموائع أو ميكانيكا الموائع
ميكانيكا الموائع، أو ديناميكا الموائع، هي فرع من فروع ميكانيكا الأوساط المتصلة التي تتعامل مع دراسة حركة السوائل (السوائل والغازات) والقوى التي تسببها. يحلل هذا المجال كلاً من السوائل الساكنة (علم سكون السوائل) والسوائل المتحركة (ديناميكا السوائل)، مع مراعاة تأثيرات مثل اللزوجة والضغط وسرعة التدفق والاضطراب.
في الهندسة الكيميائية، والهندسة المدنية، والهندسة الصناعية، وعلوم الطيران، والأرصاد الجوية، وبناء السفن، وعلم المحيطاتيُعدّ تدخل ميكانيكا الموائع ذا أهمية جوهرية. فهو يسمح بتصميم الأنابيب والمضخات وأجنحة الطائرات وهياكل السفن وشبكات توزيع المياه وأنظمة التهوية والتنبؤات الجوية.
بعض المفاهيم الأساسية في ميكانيكا الموائع هي:
- الضغط ومعدل التدفقوالتي ترتبط ببعضها البعض من خلال مبادئ مثل مبدأ برنولي.
- نظام التدفق الصفائحي والمضطربوالتي تصف نوع حركة السوائل وفقًا لسرعتها ولزوجتها.
- فيسكوسيداد، وهو الذي يقيس المقاومة الداخلية للسائل للتدفق، وهو عامل حاسم في عمليات النقل والخلط.
الفيزياء الحديثة
ظهرت الفيزياء الحديثة عندما اتضحت محدودية الفيزياء الكلاسيكية في محاولاتها لتفسير الظواهر المرتبطة بـ سرعات عالية جدًا الزراعة العضوية على نطاقات صغيرة جداًمثل تلك الخاصة بالذرات والجسيمات دون الذرية. ويُطلق على هذا الفرع أيضًا في العديد من السياقات اسم فيزياء الكم (على الرغم من أن الفيزياء الحديثة تشمل النسبية أيضًا)، إلا أنها تستند إلى نظرية الكم وفي نظرية النسبية.
توطدت مسيرة تطور الفيزياء الحديثة مع اقتراح... كمية الطاقة، التي صِيغت لتفسير إشعاع الجسم الأسود، ومع المساهمات اللاحقة التي أثبتت أن الطاقة لا تُتبادل باستمرار، ولكن في وحدات صغيرة تسمى كم العددطُرحت هذه الفكرة في عام 1900 بواسطة ماكس بلانك (1858-1947) وقد تم تعزيز ذلك بواسطة البرت اينشتاين في عام 1905 عند شرح التأثير الكهروضوئي؛ وبحلول عشرينيات القرن العشرين، ترسخ المصطلح. ميكانيكا الكم لوصف هذه النظريات الجديدة.
فيما بعد، أطلق عليه اسم ميكانيكا الكم إلى فرع الفيزياء الذي يتعامل مع الظواهر التي تحدث سرعات تقارب سرعة الضوء (بالاقتران مع النسبية) أو الذي المقاييس المكانية وهي من رتبة الذرات والجزيئاتيصف علم ميكانيكا الكم سلوك الجسيمات مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات والفوتونات وغيرها الكثير، ويقدم مبادئ مثل مبدأ عدم اليقين وازدواجية الموجة والجسيم.
يدرس علم الفيزياء الحديث خصائص وسلوك و إشعاع الجسيمات على المستوى الذري ودون الذريومن بين إنجازاته شرح طيف انبعاث الذرات، وبنية الروابط الكيميائية، والتوصيل الكهربائي في المواد الصلبة، والتأثير الكهروضوئي، وغيرها الكثير مما يدعم الكثير من التكنولوجيا الإلكترونية اليوم.
تشكل ميكانيكا الكم، إلى جانب نظرية النسبية، ما نسميه الآن الفيزياء الحديثةمفاهيمها أساسية للفهم:
- أشباه الموصلات والأجهزة الإلكترونية، مثل الترانزستورات والديودات والدوائر المتكاملة.
- الطاقة النووية وعمليات الانشطار والاندماج.
- فيزياء الجسيمات، الذي يبحث في الجسيمات الأولية والقوى الأساسية للطبيعة.
- علم الكونيات الفيزيائي، الذي يدرس أصل الكون وبنيته وتطوره على نطاق واسع.
الفيزياء المعاصرة
يمثل علم الفيزياء المعاصر أحدث فروع المعرفة الفيزيائية وأكثرها تقدماً. وتعود بداياته إلى الفترة التي بدأت فيها دراسة ظواهر وأنظمة أكثر تعقيداً، لا يمكن وصفها بنماذج خطية بسيطة، بعد ترسيخ نظريات الكم والنسبية.
يتناول علم الفيزياء المعاصر دراسة تعقيد الطبيعةالظواهر على نطاق النانوسكوبي و العمليات الخارجة عن التوازن الديناميكي الحراريتشمل هذه الفئة، من بين مجالات أخرى، ما يلي: نظرية الفوضى و اضطرابوالتي تصف الأنظمة التي تتسم بحساسية عالية للظروف الأولية وبسلوكيات تبدو غير قابلة للتنبؤ.
من السمات المميزة للفيزياء المعاصرة ما يلي:
- نظرية الفوضىيركز هذا المجال على دراسة الأنظمة الفيزيائية المعقدة والديناميكية، باستخدام المعادلات التفاضلية وأدوات رياضية متطورة. ويتيح لنا فهم الظواهر الجوية، وديناميكيات السكان، والتذبذبات غير الخطية، والعديد من الأنظمة التي تُحدث فيها تغيرات أولية طفيفة تغييرات كبيرة في تطور النظام.
- تكنولوجيا النانو وفيزياء المادة المكثفة، والتي تبحث في المواد والهياكل على نطاقات نانوية، مما يؤدي إلى ظهور خصائص ناشئة مثل الموصلية الفائقة، والمغناطيسية على نطاق صغير، أو المواد الذكية.
- الأنظمة غير المتوازنةحيث لا تكفي الديناميكا الحرارية الكلاسيكية للتوازن، وتكون هناك حاجة إلى مناهج جديدة لوصف تدفقات الطاقة، والتنظيم الذاتي، والظواهر غير القابلة للانعكاس.
بفضل الفيزياء المعاصرة، انفتحت مجالات بحثية جديدة، تتراوح من تصميم مواد متطورة والأجهزة الكمومية وصولاً إلى دراسة الأنظمة البيولوجية المعقدة، بما في ذلك التحليل المفصل للمناخ العالمي وديناميكيات البلازما في السياقات الفيزيائية الفلكية والتكنولوجية.
نتعرف على فروع الفيزياء الكلاسيكية وعلاقتها بالفيزياء الحديثة والمعاصرة تسمح لنا بفهم أفضل لكيفية تنظيم العلوم الطبيعية ولماذا، على الرغم من التقدم الكبير، تظل القوانين والنماذج الكلاسيكية أدوات أساسية لوصف العالم من حولنا ولتطوير حلول تكنولوجية في مجالات لا حصر لها.