Przedmiot i metodologia fizyki

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Przedmiot i metodologia fizyki"

Kinga Rudnicka
6 lat temu
Przeglądów:

1 Przedmiot i metodologia fizyki Świat zjawisk fizycznych Oddziaływania fundamentalne i cząstki elementarne Wielkości fizyczne Układy jednostek Modele matematyczne w fizyce

2 10 30 Świat zjawisk fizycznych dolna granica czasu życia protonu wiek wszechświata T (sekundy) człowiek neutron mion pion naładowany hiperon taon pion neutralny cząstka J/psi rezonanse

3 Świat zjawisk fizycznych najdalszy kwazar Droga Mleczna odległość do układu Centaura R (metry) odległość do Słońca odległość do Księżyca Ziemia człowiek bakterie atom wodoru proton elektron

4 Prawa fizyki są takie same w całym wszechświecie

6 ~ m 0, m

7 kwark proton jądro atom cząsteczka kryształ elektron atomu < m m m m 10 9 m 0,01 m

Fizyka jest podstawową nauką przyrodniczą, zajmującą się badaniem najbardziej fundamentalnych i uniwersalnych właściwości materii i zjawisk w otaczającym nas świecie Nasza wiedza o świecie fizycznym

8 Fizyka jest podstawową nauką przyrodniczą, zajmującą się badaniem najbardziej fundamentalnych i uniwersalnych właściwości materii i zjawisk w otaczającym nas świecie Nasza wiedza o świecie fizycznym dzieli się na dwie kategorie: prawa przyrody i warunki początkowe. Fizyka w pewnym sensie nie interesuje się warunkami początkowymi, pozostawiając je badaniom astronomów, geologów, geografów, i tak dalej. Eugene Wigner

9 Najbardziej niezrozumiałe jest to, że wszechświat można zrozumieć. Albert Einstein

10 Oddziaływania fundamentalne Oddziaływanie Natężenie Czas względne charakterystyczny grawitacyjne 5, elektromagnetyczne 7, słabe silne

11 F g = Gm 1 m 2 /r 2 - prawo grawitacji F e = Q 1 Q 2 /4πε o r 2 - prawo Coulomba [ε o C 2 N -1 m -2 ] Stosunek sił oddziaływania elektrostatycznego i grawitacyjnego dwóch elektronów F e /F g = e 2 /4πε o Gm 2 2, /12, , Grawitacja nie odgrywa żadnej roli w mikroświecie

12 Cząstki elementarne (2001) Leptony Kwarki Generacje Nośniki oddziaływań Wiemy, że każdy kwark występuje w trzech kolorach. Istnieją tylko trzy generacje kwarków i leptonów. Przypuszczamy, że kwarki i leptony nie mają struktury.

13 Wielkości fizyczne - właściwości ciał lub zjawisk, które można porównywać ilościowo z takimi samymi właściwościami innych ciał lub zjawisk Pomiar wielkości fizycznej polega na jej porównaniu z wielkością tego samego rodzaju przyjętą za jednostkę Pomiary fizyczne są zawsze obarczone błędem

14 Jednostki podstawowe układu SI jednostka długości metr (m) jednostka masy kilogram (kg) jednostka czasu sekunda (s) jednostka natężenia prądu amper (A) jednostka temperatury kelwin (K) jednostka natężenia światła kandela (cd( cd) jednostka ilości (liczności) materii mol (mol)

15 Przedrostki dla jednostek wielokrotnych i podwielokrotnych yotta 10 Y zetta 10 Z exa 10 E peta 10 P tera 10 T giga 10 9 G mega 10 6 M kilo 10 3 k hekto 10 2 h deka 10 da decy 10 centy 10 mili 10 mikro 10 nano 10 piko 10 femto 10 atto 10 zepto 10 yokto d 10 c 10 m 10 μ 10 n 10 p 10 f 10 a 10 z 10 y

16 Niektóre ważne stałe fizyczne (2000) prędkość światła w próżni c m s 1 definicja stała Plancka h (6, ± 0, ) J s masa elektronu m e (9, ± 0, ) kg = (0, ± 0, ) MeV/c 2 ładunek elektronu e (1, ± 0, ) C liczba Avogadry N A (6, ± 0, ) mol 1 stała Boltzmanna k (1, ± 0, ) J K 1 stała grawitacji G (6,673 ± 0,010) m 3 kg 1 s 2

Fig 1 Recent measurements of the gravitational constant. The data points labelled mercury and water are the preliminary results from our experiment.

17 Fig 1 Recent measurements of the gravitational constant. The data points labelled mercury and water are the preliminary results from our experiment. The measurement made by Cornaz et al. is a result from our previous experiment at the Gigerwald storage lake, and the point labelled CODATA 2000 is the presently accepted value.

20 Przykłady błędów pomiarów

W każdym wysoce precyzyjnym układzie doświadczalnym występuje początkowo szereg trudności aparaturowych, które prowadzą do uzyskiwania wyników liczbowych znacznie odbiegających od przyjętej wartości

21 W każdym wysoce precyzyjnym układzie doświadczalnym występuje początkowo szereg trudności aparaturowych, które prowadzą do uzyskiwania wyników liczbowych znacznie odbiegających od przyjętej wartości wielkości fizycznej podlegającej pomiarom. W związku z tym badacz poszukuje źródła lub źródeł błędów i szuka ich tak długo, aż uzyska wynik bliski wartości przyjętej za obowiązującą. Wówczas zaprzestaje poszukiwań! W ten sposób można wyjaśnić dużą zgodność wielu różnych wyników oraz dopuścić możliwość, że wszystkie te wyniki obarczone są nieoczekiwanie dużym błędem systematycznym. Ernest Lawrence (1939)

22 Modele matematyczne w fizyce sytuacja fizyczna model matematyczny symulacja zagadnienie fizyczne intuicja rozwiązanie fizyczne konstrukcja modelu matematycznego interpretacja rozwiązania matematycznego zagadnienie rozwiązanie matematyczne matematyka matematyczne

23 Przykład: badanie zależności okresu wahadła od jego długości Pomiary wykonane w I Pracowni Fizycznej Wydziału Fizyki UW

24 Przykład: badanie zależności okresu wahadła od jego długości

25 Model opisowy ruch wahadła intuicja T [s] = 2,0 s [ ] m l[m] Szukanie zależności funkcyjnej interpretacja rozwiązania T = f(l) dopasowanie krzywej T = k (l)

26 Deska Galtona Błędy przypadkowe pomiarów

27 Rozkład normalny y = σ 1 2π 2 x e 2 σ 2

28 Interpretacja rozkładu normalnego błędów pomiarów P(x + dx, x) = y dx

29 Model przyczynowy ruch wahadła intuicja T [s] = 2π (9,81 m s -2 ) l[m] model wahadła matematycznego interpretacja rozwiązania l(d 2 θ/dt 2 ) + gθ = 0 rozwiązanie równania T = 2π (l/g)

30 Znalazłem wreszcie rozwiązanie! Żebym sobie jeszcze tylko przypomniał o co tu chodziło

31 Eksperyment myślowy Newtona, w którym zarysowana jest idea sztucznych satelitów Ziemi (System of the world)

32 KLASYCZNA KWANTOWA (1/c) 1/( m s -1 (1/c) 0-1 ) FIZYKA! 0! J s RELATYWI- STYCZNA NIERELATY- WISTYCZNA

Podobne dokumenty

I. Przedmiot i metodologia fizyki

I. Przedmiot i metodologia fizyki Rodowód fizyki współczesnej Świat zjawisk fizycznych: wielkości fizyczne, rzędy wielkości, uniwersalność praw Oddziaływania fundamentalne i poszukiwanie Teorii Ostatecznej