METODOLOGIA Dr inŝ. Agnieszka CiŜman agnieszka.cizman@pwr.wroc.pl pok. 353 A-1 www.gdp.if.pwr.wroc.pl
Co to jest NAUKA?. wiedza osiągnięta poprzez studiowanie lub praktyki.wiedza obejmująca ogólne prawdy.otrzymane i sprawdzone przez metody naukowej New Collegiate Dictionary
NAUKA Nauka to systematyczne przedsięwzięcie gromadzenia wiedzy o świecie i porządkowania tej wiedzy w zwartej postaci weryfikowalnych praw i teorii. Sukces i wiarygodność nauki są oparte na gotowości naukowców do: a). Poddawania(wystawiania) swoich idei i wyników na niezaleŝne sprawdzanie (weryfikowanie) i odtwarzanie przez innych naukowców; wymaga to pełnej i otwartej wymiany danych, procedur i materiałów. b).porzucania (odstępowaniu) lub modyfikowania przyjętych wniosków, kiedy zostają one skonfrontowane z pełniejszymi lub bardziej wiarygodnymi dowodami doświadczalnymi wg. Rady Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego
NAUKA Krytyczny racjonalizm wg. Karla Poppera NAUKA pppst.com OTWARTOŚĆ TRANSPARENTRONŚĆ FALSYFIKACJA ABSOLUTNA SŁUSZNOŚĆ Do uczennicy szkoły średniej Barbary Wilson, 7 stycznia 1943r. "Człowiek zajmujący się nauką nigdy nie zrozumie, dlaczego miałby wierzyć w pewne opinie tylko dlatego, Ŝe znajdują się one w jakiejś ksiąŝce. (...) Nigdy równieŝ nie uzna swych własnych wyników za prawdę ostateczną. A. Einstein
Uczeni o nauce Naukę tworzy się z faktów, tak jak dom buduje się z kamieni, lecz zbiór faktów nie jest nauką, tak jak stos kamieni nie jest domem Jules Henri Poincaré Jednej rzeczy nauczyłem się w moim długim Ŝyciu: Ŝe cała nasza nauka w konfrontacji z rzeczywistością wydaje się prymitywna i dziecinna - a jednak jest to najcenniejsza rzecz, jaka posiadamy. Albert Einstein.Niewątpliwie teoretykom niezasłuŝenie przypisuje się część zasług za dokonanie pewnych odkryć. Sekwencję «teoretyk, eksperymentator, odkrycie» porównywano czasem do sekwencji «farmer, świnia, trufle». Farmer prowadzi świnię w okolice, gdzie, być moŝe, rosną trufle. Świnia wytrwale ich szuka, wreszcie znajduje, a gdy zamierza je poŝreć, farmer zabiera je dla siebie. Leon Lederman i D. Teresi..Naukowiec jest niczym mimosa, gdy sam popełni błąd, i niczym ryczący lew, gdy odkryje błąd zrobiony przez kogoś innego. Albert Einstein
FIZYKA Fizyka to podstawowa nauka przyrodnicza. Zajmuje się badaniem właściwości materii i zjawisk zachodzących we Wszechświecie oraz wykrywanie ogólnych praw, którym te zjawiska podlegają. FIZYKA Fizyka klasyczna (mechanika, elektromagnetyzm, termodynamika) Fizyka postklasyczna (szczególna i ogólna teoria względności, mechanika kwantowa, elektrodynamika kwantowa, Fizyka cząstek elementarnych, astrofizyka) To, co nazywamy fizyką, obejmuje całą grupę nauk przyrodniczych, które opierają swe teorie na pomiarach i których idee i twierdzenia dają się sformować za pomocą matematyki A.Einstein i L. Infeldem Evolution of Physics, 1938r.
Fizyka klasyczna Wszystkie najwaŝniejsze fundamentalne prawa i fakty w fizyce zostały juŝ odkryte i tak dobrze ustalone, iŝ jest znikome prawdopodobieństwo, Ŝe zostaną one uzupełnione w wyniku nowych odkryć Przyszłych nowych prawd w fizyce trzeba będzie szukać na szóstym miejscu po przecinku. Albert A. Michelson (1894)
Metodologia fizyki Metoda badawcza fizyki polega na: - obserwowaniu rzeczy (ciał) i zjawisk - wykonywaniu eksperymentów (takŝe myślowych i komputerowych) - wyciąganiu i formułowaniu wniosków w postaci moŝliwie ogólnych teorii, - weryfikacji doświadczalnej zaproponowanych teorii. FIZYKA Fizyka doświadczalna Fizyka teoretyczna
Metodologia fizyki Fizyka teoretyczna Fizyka doświadczalna Twórcze myślenie wnioskowanie indukcyjne Obserwacje i eksperymentowanie
TEORIA to usystematyzowany zbiór prac, zasad i twierdzeń (tj. wiedza) pomocny w wyjaśnieniu określonego kręgu zjawisk lub właściwości badanych obiektów. KaŜda teoria posługuje się modelami oraz modelowaniem i ma na celu rozwiązanie określonej grupy zagadnień. Przykłady: - astronomiczna teoria budowy materii - szczególna i ogólna teoria względności - teoria spręŝystości - teoria magnetyzmu - teoria grawitacji - teoria cząstek elementarnych
Czym NIE zajmuje się fizyka? Fizyka nie zajmuje się między innymi : teorią absolutu, numerologią, astrologią, psychokinezą, czarnoksięstwem, jasnowidztwem, telepatią, spirytualizmem, Ŝyciem pozagrobowym, wróŝbiarstwem. Wymienione dyscypliny nie są przedmiotem zainteresowań fizyki, gdyŝ leŝą poza zasięgiem jej metodologii. TEOLOGIA TOELOGIA Theory of Everything(TOE)
Wielkości fizyczne Pod pojęciem wielkości fizycznej X rozumiemy własność obiektu lub zjawiska, którą moŝna porównać ilościowo (zmierzyć) z taka samą własnością innego obiektu lub zjawiska Wielkość fizyczna podstawowe pomocnicze pochodne (wtórne, stanowiące dowolne wielokrotności jednostek głównych)
Wielkości fizyczne podstawowe W 1960 roku przez XI Generalna Konferencję Miar został zaproponowany jednolity międzynarodowy układ jednostek miar SI (Systẻme International d Unitẻs) METR (m) jednostka miary długości Metr jest to długość drogi przebytej przez światło w czasie (1/299792458) sekundy KILOGRAM (kg) jednostka miary masy Kilogram to masa cylindra wykonanego ze stopu platyny i irydu, przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w pobliŝu ParyŜa.
Wielkości fizyczne podstawowe SEKUNDA (s) jednostka miary czasu Sekunda jest to czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania elektromagnetycznego emitowanego podczas prześjcia elektronu miedzy jednoznacznie określonymi poziomami energetycznymi atomu cezu (Cs) KELWIN (K) jednostka miary temperatury Kelwin to 1/273.16 część temperatury punktu potrójnego wody AMPER (A) jednostka miary natęŝenia prądu Amper to natęŝenie prądu płynącego w dwóch długich, równoległych przewodnikach, odległych o 1 metr, znajdujących się w próŝni, powodującego powstanie siły oddziaływania magnetycznego między tymi przewodnikami wynoszącej 2.0. 10-7 Newtona na kaŝdy metr ich długości.
Wielkości fizyczne podstawowe KANDELA (cd) jednostka miary światłości Kandela to natęŝenie promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości 5.4. 10 14 Hz i mocy 1/683 wata emitowanej przez źródło w kąt bryłowy równy jednemu steradianowi MOL (mol) jednostka miary ilości materii Mol to ilość materii, w której ilość molekuł jest równa liczbie atomów zawartych w 0.012 kg węgla 12 C. Liczba tych atomów jest równa liczbie Avogadro i N A 6.022.10 23 molekuł/mol.
Wielkości fizyczne podstawowe RADIAN (rd) jednostka miary kąta płaskiego Radian jest to kąt płaski i wierzchołku umieszczonym w środku okręgu, którego ramiona wyznaczają na okręgu łuk i długości równej promieniowi tego okręgu. STERADIAN (sr) jednostka miary kąta sferycznego Steradian jest to kąt sferyczny (bryłowy) o wierzchołku umieszczonym w środku sfery, wyznaczający na jej powierzchni wycinek, którego pole jest równe kwadratowi promienia tej sfery.
Analiza wymiarowa Wielkości fizyczne Wektory (wielkości kierunkowe) Skalary (wielkości bezkierunkowe) KaŜda wielkość fizyczna X ma określony wymiar, który oznacza jej fizyczna naturę. Symbol [X] będzie oznaczał wymiar wielkości X. Wymiar wielkości podstawowych jest określony za pomocą definicji tychŝe wielkości. Wymiar wielkości pochodnych jest określony za pomocą praw lub zasad fizyczny i wyraŝony za pomocą iloczynu lub ilorazu podstawowych wielkości fizycznych, podniesionych do odpowiednich potęg
Analiza wektorowa zwrot A d B kierunek początek moduł koniec Wielkość wektorowa: moduł m(bezwzględna wartość liczbowa), kierunek, zwrot oraz punkt przyłoŝenia Przykłady wielkości wektorowych: siła, prędkość, przyspieszenie, pęd Wielkość skalarna: wartość liczbowa Przykłady wielkości skalarnych: masa, czas, temperatura, praca, energia
Analiza wymiarowa Przykład Wymiary wielkości podstawowych: [długość] = L, [czas]= T, [masa]= M
Analiza wymiarowa Analiza wymiarowa oparta jest na następującej własności Wymiar wielkości fizycznej to wielkość algebraiczna Reguły analizy wymiarowej - wielkości fizyczne mogą być dodawane lub odejmowane pod warunkiem, Ŝe mają ten sam wymiar - wymiary strony lewej i prawej poprawnie sformułowanej wielkości powinny być takie same
Analiza wymiarowa
Nazwy przedrostków Czynnik Przedrostek Symbol 10 24 jotta Y 10 21 zetta Z 10 18 eksa E 10 15 peta P 10 12 tera T 10 9 giga G 10 6 mega M 10 3 kilo k 10 2 hekto h 10 1 deka da 10-1 decy d 10-2 centy cm 10-3 mili m 10-6 mikro µ 10-9 nano n 10-12 piko p 10-15 fempto f 10-18 atto a 10-21 zepto z 10 6-24 jokto y
WaŜne odległości
WaŜne czasy
Masy wybranych obiektów
Działania na wektorach dodawanie odejmowanie Iloczyn skalarny Iloczyn wektorowy
MnoŜenie skalarne
Iloczyn skalarny a= [a 1,a 2, a 3 ] b= [b 1, b 2, b 3 ] a b = [a 1 b 1 +a 2 b 2 + a 3 b 3 ] Twierdzenie: JeŜeli α jest katem między niezerowymi wektorami a i b, to a b = a. b. cosα Twierdzenie: Niezerowe wektory a i b są prostopadłe(ortogonalne), wtedy i tylko wtedy gdy: a b a b = 0
Dodawanie wektorów a= [a 1,a 2, a 3 ] b= [b 1, b 2, b 3 ] a+ b = (a 1 +b 1 )i +(a 2 + b 2 )j +(a 3 + b 3 )k = c = [c 1, c 2, c 3 ]
Odejmowanie wektorów a+ b = (a 1 - b 1 )i +(a 2 - b 2 )j +(a 3 - b 3 )k = c = [c 1, c 2, c 3 ] a b b - a
MnoŜenie wektorowe
Własności iloczynu wektorowego 1. a x b = -b x a 2. (ka) x b = k(a x b) 3. a x (b x c) = a x b + a x c 4. a x a = 0 a b a x b = 0