Why Study Physics? tuition.hk/physics.htm

1. Why Study Physics? http://www.tuition.com.hk/physics.htm http://www.aps.org/programs/education/highschool/teachers/why-physics.cfm R. Feinman: Science is a way to teach how something gets to be known, what is not known, to what extent things are known (for nothing is known absolutely), how to handle doubt and uncertainty, what the rules of evidence are, how to think about things so that judgments can be made, how to distinguish truth from fraud, and from show.

2. Physics is interesting. Physics helps us to understand how the world around us works, from can openers, light bulbs and cell phones to muscles, lungs and brains; from paints, piccolos and pirouettes to cameras, cars and cathedrals; from earthquakes, tsunamis and hurricanes to quarks, DNA and black holes. From the prosaic . . . to the profound . . . to the poetic. . . Physics helps us to organize the universe. It deals with fundamentals, and helps us to see the connections between seemly disparate phenomena.

3. Physics gives us powerful tools to help us to to Express our creativity, see the world in new ways and then to change it. Physics is useful. Physics provides quantitative and analytic skills needed for analyzing data and solving problems in the sciences, engineering and medicine, as well as in economics, finance, management, law and public policy. Physics is the basis for most modern technology, and for the tools and instruments used in scientific, engineering and medical research and development. Manufacturing is dominated by physics-based technology.

4. Physics Makes Things PossibleWithout physics there would be no: Grocery laser scanners Space rockets Light bulbs Digital cameras Cars Cell phones Airplanes Solar panels Fiber optics DVD players Computers MP3 players Flatscreen TVs

5. Physics helps you to help others. Doctors that don’t understand physics can be dangerous. Medicine without physics technology would be barbaric. Schools without physics cut their students off from a host of well-respected,well paying careers. Physics opens the door to many career options. Physics is challenging. This is one aspect that scares off many students. But it is precisely one of the most important reasons why you should study physics!

7. Fizika (fysis=priroda) • Opća svojstva, strukturu i kretanje tvari, međudjelovanje tvari, polja, prostor i vrijeme • IV st. pr.n.e. Platon, Aristotel-spoznaja svijeta na temelju osjetilne spoznaje • 16-17 st. R. Decartes-intuicija, opažanje: metodom logičke dedukcije izvoditi zaključke

8. Matematizacija fizike • G. Galilej-jezik fizike: matematika! (simboličko izražavanje fizikalnih zakonitosti) • Newton- na istim osnovnim principima objasnio mehanička događanja “na nebu i zemlji” • EXPERIMENT! O teoriji sudimo na osnovu njenih detaljnih kvantitativnih predviđanja unutar nekog područja

9. ZNANSTVENI PRISTUP FIZIKALNOM PROBLEMU: • Promatranje fizikalnog procesa i prepoznavanje problema • Postavljanje hipoteze tj. matematičke veze fizikalnih veličina • Predviđanje rezultata na osnovu postavljene hipoteze i rezultata srodnih fizikalnih procesa • Dizajniranje i izvođenje eksperimenta za provjeru hipoteze • Formuliranje teorije koja povezuje potvrđenu hipotezu s prethodnim znanjima Prirodni zakon: niz ponovljenih ciklusa znanstvene metode, kroz niz provjera neke hipoteze kao nepromjenjive istine prerastaju u fizikalni zakon

10. Mjerenja u fizici William Thomson, lord Kelvin (1824 – 1907): “.. Kada ono o čemu govorite možete izmjeriti i izraziti brojevima, tada znate nešto o tome; kada to ne možete izmjeriti, tada je vaše znanje oskudno i nedovoljno…”

11. Promatranje-pasivna metoda, pojave se bilježe, razvrstavaju, analiziraju • Eksperiment-aktivna metoda-postavljaju se uvjeti da bi pojavu provocirali i izmjerili mjernim instrumentom fizikalne veličine • Mjerenja u fizici: 1. Sakupiti podatke (tablice, grafički prikaz) 2. Analiza, fizikalno objašnjenje eksperimenta 3. Hipoteza-pronalaženje fizikalnih zakona 4. Predviđanje

12. Pokus: Mjerenje ovisnosti duljine spiralne opruge o težini utega na njezinu kraju • Linearno produljenje opruge:G = k ( l - l0 ) G = k l + b Metoda najmanjih kvadrata: zbroj kvadrata odstupanja izmjerenih vrijednosti od onih što leže na pravcu mora biti minimalan.

14. Klasična fizika • Mehanika s mehanikom tekućina • Termodinamika • Optika • Akustika • Znanost o elektricitetu i elektromagnetizmu • Moderna fizika (Teorija Relativnosti, Kvantna Mehanika, Atomska, Nuklearna, Elementarne čestice) Subatomska skala ~ 10-15 m Kozmološka prostranstva <1024 m

15. MEHANIKA • Proučava OBLIKE i UZROKE gibanja i ravnoteže materijalne točke, sustava materijalnih točaka, krutog tijela i kapljevina (fluida) te opisuje elastična svojstva tijela, valove i titranja • Kinematika (gibanje) • Dinamika (uzrok gibanja-sile; statika)

16. Klasična mehanika • bazira se na dva svojstva prostora i vremena • Prostor je 3D euklidski • Vrijeme je apsolutno Da li je prostor zakrivljen? Da li aksiomi euklidske geometrije točno opisuju fizički svijet? odlučiti može samo pokus!

17. 2D bića na kuglinoj površini-kako provjeriti žive li u zakrivljenom prostoru? Provjeriti aksiome geometrije u ravnini! (konstrukcija ravne crte, trokuta, vrijedi li Pitagorin poučak?) -mjerenja unutar sunčeva sistema polumjer zakrivljenosti našeg svemir6x1017 m Euklidska geometrija: dobar opis, eksperimentalno provjereno i do dimenzija 10-15 m uspješna aproksimacija (svijanje svjetlosnih zraka blizu sunca-Einstein predvidio 1915.-opažanja to uskoro potvrdila) Odstupanja od apsolutnog vremena također vrlo mala

20. Zakoni gibanja materijalne točke • Međunarodni sustav jedinica • Formulacija osnovnih zakona mehanike Newtonova teorija • Gibanja pod djelovanjem sila raznih oblika i ovisnosti • Pojam vektora, derivacije

21. Međunarodni sustav jedinica • Fizikalna veličina-mjerljivo svojstvo fizikalnog stanja, procesa ili tijela. mjerni broj ili brojčana vrijednost (koliko puta mjerena veličina sadrži fizikalnu jedinicu) ; fizikalna, mjerna jedinica • Rezultati mjerenja univerzalno razumljivi: standardizirati osnovne fizikalne jedinice (jedinice osnovnih fizikalnih veličina) • Međunarodni sustav jedinica SI (Systeme Internationale) • A = {A}  [A] {A} –brojčana vrijednost [A] – mjerna jedinica

22. Skalarne fizikalne veličine – opisane svojom vrijednošću (iznosom) i pripadajućom mjernom jedinicom: t - vrijeme, E - energija, T – termodinamička temperatura … Vektorske fizikalne veličine - opisane iznosom, pravcem i smjerom djelovanja, te pripadajućom mjernom jedinicom Sila - F , ubrzanje - a brzina - v

23. Osnovne jedinice • Metar m duljina [L] • Kilogram kg masa [M] • Sekunda s vrijeme [T] • Amper A jakost el. struje [I] • Kelvin K termo.din.temp. [Θ] • Mol mol količina tvari [N] • Kandela cd jakost svj.izv. [J]

24. Dodatne jedinice • Radijan rad kut • Steradijan sr prostorni kut

25. Definicije osnovnih i dodatnih jedinica • Metar je duljina puta koji svjetlost prijeđe u vakuumu za vrijeme jednog 299 792 458-og dijela sekunde • Kilogram je masa međunarodne pramjere (etalona) kilograma • Sekunda je trajanje 9 192 631 770 perioda zračenja koji odgovara prijelazu između dviju hiperfinih razina osnovnog stanja atoma cezija 133.

26. Mjerenje standarda duljine helij-neon laserom. Točnost mjerenja 10-10 m (NIST- National Institute of Standards and Technology)

27. Etalon 1 kg (90 % platina- 10 % iridij) Cezijev sat za mjerenje vremena (NIST- National Institute of Standards and Technology) Točnost: 310-6s u godini

28. Amper je jakost stalne električne struje koja, kada se održava u dvama ravnim usporednim vodičima, neograničene duljine i zanemarivo malenog presjeka koji se nalaze u vakuumu razmaknuti 1 metar, proizvodi među tim vodičima silu od 2×10-7 N po metru njihove duljne. • Mol je množina sustava koji sadrži toliko elementarnih jedinki koliko ima atoma u 12 g C12

29. Kelvin je termodinamička temperatura koja je jednaka 1/273,16 termodinamičke temperature trojne točke vode. • Kandela je svjetlosna jakost u određenom smjeru izvora koji odašilje monokromatsko zračenje frekvencije 540×1012 herca i kojemu je energetska jakost u tom smjeru 1/683 vata po steradijanu.

30. Radijan je kut između dva polumjera koji na kružnici isijecaju luk duljine jednake polumjeru. • Sterdaijan je prostorni kut stošca s vrhom u središtu kugle, koji na plohi kugle omeđuje površinu jednaku površini kvadrata čija je stranica jednaka polumjeru kugle.

31. Izvedene jedinice • Izvedene jedinice fizikalnih veličina – umnožak ili omjer osnovnih jedinica npr. brzina (duljina/vrijeme m/s)... • gustoća-izvedena fizikalna veličina, omjer mase i volumena za homogene materijale stalan kg/m3 za nehomogene materijale : =dm/dV

32. Uobičajeni prefiksi fizikalnih jedinica

33. Newtonovi zakoni gibanja I Newtonov zakon: Kada na tijelo, materijalnu točku, ne djeluje sila ili je rezultantna sila jednaka nuli ono ostaje u stanju mirovanja ili jednolikog gibanjapo pravcu II Newtonov zakon: Brzina promjene količine gibanja proporcionalna je sili i zbiva se u pravcu te sile III Newtonov zakon: Svakom djelovanju (akciji) uvijek je suprotno i jednako protudjelovanje (reakcija). Djelovanje dvaju tijela jednog na drugo uvijek su jednaka i protivnog smjera.