تعريف علم الفيزياء لغة واصطلاحا

الفيزياء هو العلم الذي يتعامل مع بنية المادة والتفاعلات بين المكونات الأساسية للكون المرئي ، وبالمعنى الواسع الفيزياء تهتم بجميع جوانب الطبيعة على المستويين العياني ودون المجهري ، ويشمل نطاق دراسته ليس فقط سلوك الأشياء تحت تأثير قوى معينة ولكن أيضًا طبيعة وأصل مجالات الجاذبية والكهرومغناطيسية والنووية ، وهدفها النهائي هو صياغة بعض المبادئ الشاملة التي تجمع وتشرح كل هذه الظواهر المتباينة .

تعريف علم الفيزياء

عند عمل بحث عن الفيزياء نجد أنها هي العلوم الفيزيائية الأساسية ، حتى وقت قريب كانت الفيزياء والفلسفة الطبيعية تستخدمان بشكل متبادل للعلم الذي يهدف إلى اكتشاف وصياغة القوانين الأساسية للطبيعة ، وعندما تطورت العلوم الحديثة وأصبحت متخصصة بشكل متزايد ، أصبحت الفيزياء تشير إلى ذلك الجزء من العلوم الفيزيائية غير المدرجة في علم الفلك والكيمياء والجيولوجيا والهندسة ، وتلعب الفيزياء دورًا مهمًا في جميع العلوم الطبيعية ، ومع ذلك فإن كل هذه المجالات لها فروع يتم فيها التركيز بشكل خاص على القوانين والقياسات الفيزيائية ، والتي تحمل أسماء مثل الفيزياء الفلكية والجيوفيزياء والفيزياء الحيوية ، وحتى الفيزياء النفسية ، ويمكن تعريف الفيزياء في الأساس على أنها علم المادة والحركة والطاقة ، ويتم التعبير عن قوانينها عادةً بالاقتصاد والدقة في لغة الرياضيات .

تلعب كل من التجربة ومراقبة الظواهر في ظل ظروف يتم التحكم فيها بأكبر قدر ممكن من الدقة ، والنظرية ، صياغة إطار مفاهيمي موحد ، أدوارًا أساسية ومتكاملة في تقدم الفيزياء ، وينتج عن التجارب الفيزيائية قياسات تتم مقارنتها بالنتيجة التي تنبأت بها النظرية ، ويقال إن النظرية التي تتنبأ بشكل موثوق بنتائج التجارب التي تنطبق عليها تجسد قانونًا في الفيزياء ، ومع ذلك يخضع القانون دائمًا للتعديل أو الاستبدال أو التقييد بمجال أكثر محدودية إذا كانت تجربة لاحقة تجعل ذلك ضروريًا .

الهدف الأساسي لعلم الفيزياء

الهدف النهائي للفيزياء هو إيجاد مجموعة موحدة من القوانين التي تحكم المادة والحركة والطاقة على مسافات صغيرة مجهرية دون ذرية ، على النطاق البشري للحياة اليومية ، وخارج المسافات الأكبر على سبيل المثال تلك الموجودة على المقياس خارج المجرة ، ولقد تحقق هذا الهدف الطموح إلى حد ملحوظ ، وعلى الرغم من أن النظرية الموحدة تمامًا للظواهر الفيزيائية لم تتحقق بعد ، وربما لن تتحقق أبدًا ، يبدو أن مجموعة صغيرة بشكل ملحوظ من القوانين الفيزيائية الأساسية قادرة على تفسير جميع الظواهر المعروفة ، وتطور جسد الفيزياء حتى مطلع القرن العشرين ، والمعروف باسم الفيزياء الكلاسيكية ، يمكن أن يفسر إلى حد كبير حركات الأجسام العيانية التي تتحرك ببطء فيما يتعلق بسرعة الضوء وظواهر مثل الحرارة والصوت والكهرباء المغناطيسية والضوء ، وتعمل التطورات الحديثة في النسبية وميكانيكا الكم على تعديل هذه القوانين بقدر ما تنطبق على السرعات العالية والأجسام الضخمة جدًا والمكونات الأولية الدقيقة للمادة ، مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات .

نطاق الفيزياء

يتم تحديد تطبيقات علم الفيزياء والفروع أو المجالات المنظمة تقليديا للفيزياء الكلاسيكية والحديثة كالتالي .

علم الميكانيكا

تُؤخذ الميكانيكا عمومًا على أنها تعني دراسة حركة الأجسام أو عدم حركتها تحت تأثير قوى معينة ، وتعتبر الميكانيكا الكلاسيكية أحيانًا فرعًا من فروع الرياضيات التطبيقية ، وهو يتألف من علم الحركة ، ووصف الحركة ، والديناميكيات ، ودراسة عمل القوى في إنتاج إما التوازن الحركي أو الثابت ، وإن موضوعات القرن العشرين لميكانيكا الكم ، الحاسمة في معالجة بنية المادة ، والجسيمات دون الذرية ، والميوعة الفائقة ، والموصلية الفائقة ، والنجوم النيوترونية ، والظواهر الرئيسية الأخرى ، والميكانيكا النسبية ، مهمة عندما تقترب السرعة من سرعة الضوء ، هي أشكال من الميكانيكا .

في الميكانيكا الكلاسيكية تتم صياغة القوانين مبدئيًا بواسطة علماء الفيزياء للجسيمات النقطية التي يتم فيها تجاهل الأبعاد والأشكال والخصائص الجوهرية الأخرى للأجسام ، وهكذا في التقريب الأول حتى الأجسام الكبيرة مثل الأرض والشمس تُعامل كنقطة ، على سبيل المثال في حساب الحركة المدارية للكواكب ، وفي ديناميات الجسم الصلب ، يُنظر أيضًا في تمدد الأجسام وتوزيعاتها الكتلية ، لكن يُتصور أنها غير قادرة على التشوه ، وميكانيكا المواد الصلبة المشوهة هي المرونة ويعالج الهيدروستاتيك والديناميكا المائية على التوالي ، والسوائل أثناء الراحة والحركة .

تشكل قوانين الحركة الثلاثة التي وضعها إسحاق نيوتن أساس الميكانيكا الكلاسيكية ، جنبًا إلى جنب مع الاعتراف بأن القوى هي كميات موجهة وتتحد وفقًا لذلك ، وينص القانون الأول المسمى أيضًا بقانون القصور الذاتي ، على أنه ما لم يتم التصرف بناءً عليه بواسطة قوة خارجية ، فإن الشيء الساكن يظل في حالة سكون ، أو إذا كان متحركًا فإنه يستمر في التحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة ، لذلك لا تتطلب الحركة الموحدة سببًا ، ووفقًا لذلك لا تركز الميكانيكا على الحركة في حد ذاتها ولكن على التغيير في حالة حركة الجسم التي تنتج عن القوة الكلية التي تؤثر عليه ، ويساوي قانون نيوتن الثاني القوة الكلية المؤثرة على جسم ما بمعدل تغير زخمه ، ويكون الأخير ناتجًا عن كتلة الجسم وسرعته ، وينص قانون نيوتن الثالث ، قانون الفعل ورد الفعل على أنه عندما يتفاعل جسيمان فإن القوى التي يبذلها كل منهما على الآخر تكون متساوية في الحجم ومعاكسة في الاتجاه مجتمعة تسمح هذه القوانين الميكانيكية من حيث المبدأ بتحديد الحركات المستقبلية لمجموعة من الجسيمات ، مما يوفر حالة حركتها معروفة في لحظة ما ، وكذلك القوى التي تعمل بينها وبينها من الخارج ، ومن هذا الطابع الحتمي لقوانين الميكانيكا الكلاسيكية ، تم استخلاص استنتاجات فلسفية عميقة في الماضي وحتى تم تطبيقها على تاريخ البشرية .

الديناميكا الحرارية

تم وضع مجال البحث هذا في الماضي ضمن الميكانيكا الكلاسيكية لأسباب تاريخية ، لأن كلا المجالين قد وضعهما في حالة عالية من الكمال من قبل نيوتن وأيضًا بسبب طابعه العالمي ، وينص قانون الجاذبية لنيوتن على أن كل جسيم مادي في الكون يجذب كل جسيم آخر بقوة تعمل على طول الخط الذي يربط بينهما وتتناسب قوتها طرديًا مع ناتج كتلها وتتناسب عكسيًا مع مربع فصلها ، وكان حساب نيوتن التفصيلي لمدارات الكواكب والقمر ، بالإضافة إلى تأثيرات الجاذبية الدقيقة مثل المد والجزر ومباشرة الاعتدالات تغير دوري بطيء في اتجاه محور دوران الأرض ، ومن خلال هذه القوة الأساسية كان أول انتصار للميكانيكا الكلاسيكية ، ليست هناك حاجة إلى مبادئ أخرى لفهم الجوانب الرئيسية للصواريخ ورحلات الفضاء على الرغم من الحاجة بالطبع إلى تقنية هائلة لتنفيذها .

صاغ ألبرت أينشتاين نظرية الجاذبية الحديثة وتسمى النظرية العامة للنسبية ، ومن المساواة المعروفة منذ زمن طويل بين كمية الكتلة في قانون نيوتن الثاني للحركة وهذا في قانون الجاذبية الخاص به ، صُدم أينشتاين بحقيقة أن التسارع يمكن أن يبطل محليًا قوة الجاذبية كما يحدث في ما يسمى بانعدام الوزن لرواد الفضاء في مركبة فضائية تدور حول الأرض وبالتالي أدى إلى مفهوم الزمكان المنحني ، واكتملت هذه النظرية في عام 1915 ، وتم تقييمها لسنوات عديدة بشكل رئيسي بسبب جمالها الرياضي وللتنبؤ الصحيح بعدد صغير من الظواهر ، مثل الانحناء الثقالي للضوء حول جسم ضخم ، ولكن في السنوات الأخيرة فقط ، أصبح موضوعًا حيويًا لكل من البحث النظري والتجريبي .

دراسة الحرارة والديناميكا الحرارية والميكانيكا الإحصائية

الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة الداخلية المرتبطة بالحركة العشوائية للمكونات الجزيئية للمادة أو بالإشعاع ن درجة الحرارة هي متوسط ​​جزء من الطاقة الداخلية الموجودة في الجسم ولا تشمل طاقة الارتباط الجزيئي أو الدوران الجزيئي ، ويتم تعريف أدنى حالة طاقة ممكنة لمادة ما على أنها الصفر المطلق 273.15 درجة مئوية ، أو -459.67 درجة فهرنهايت لدرجة الحرارة ، ويصل الجسم المعزول في النهاية إلى درجة حرارة موحدة وهي حالة تُعرف بالتوازن الحراري ، كما هو الحال بالنسبة لجسمين أو أكثر يتم وضعهما على اتصال ، وتسمى الدراسة الرسمية لحالات المادة عند أو بالقرب التوازن الحراري بالديناميكا الحرارية ، وإنه قادر على تحليل مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأنظمة الحرارية دون النظر إلى هياكلها الدقيقة التفصيلية .[1]