Física

História

Astronomia Antiga

A astronomia é a ciência natural mais antiga. Os sumérios e os egípcios antigos estudaram as estrelas, principalmente com vistas à predição e à religião. Os primeiros mapas estelares babilônicos datam de aproximadamente 1200 AC. Que os eventos astronômicos são periódicos também datam dos babilônios. Seu entendimento não era científico, mas suas observações influenciaram a astronomia posterior. Grande parte da astronomia veio da Mesopotâmia, Babilônia, Egito Antigo e Grécia Antiga. Astrônomos do Egito construíram monumentos que mostravam como os objetos no céu se moviam, e a maioria dos nomes para as constelações no hemisfério norte vieram de astrônomos gregos.

Filosofia natural

A filosofia natural começou na Grécia por volta de 650 AC, quando um movimento de filósofos substituiu a superstição pelo naturalismo, que refutou o espiritualismo. Leucippus e seu estudante Demócrito sugeriram a idéia do átomo em torno deste período.

A física no mundo islâmico medieval

Os estudiosos islâmicos continuaram a estudar a física aristotélica durante a Idade de Ouro islâmica. Uma contribuição principal foi a astronomia observacional. Alguns, como Ibn Sahl, Al-Kindi, Ibn al-Haytham, Al-Farisi e Avicenna, trabalharam em ótica e visão. Em O Livro da Óptica, Ibn al-Haytham rejeitou idéias gregas anteriores sobre visão e propôs uma nova teoria. Ele estudou como a luz entra no olho, e desenvolveu a câmera obscura. Mais tarde, cientistas europeus construíram óculos, lentes de aumento, telescópios e câmeras a partir deste livro.

Física clássica

A física tornou-se um campo de estudo separado após a revolução científica. As experiências de Galileu ajudaram a criar a física clássica. Embora ele não inventasse o telescópio, ele o usou quando olhou para o céu noturno. Ele apoiou a idéia de Copérnico de que a Terra se movia ao redor do Sol (heliocentrismo). Ele também investigou a gravidade. Isaac Newton usou as idéias de Galileu para criar suas três leis do movimento e sua lei da gravitação universal. Juntas, estas leis explicaram o movimento dos corpos que caem perto da Terra e o movimento da Terra e dos planetas ao redor do Sol.

Em alguns séculos, a Revolução Industrial estava em pleno andamento e muitas outras descobertas foram feitas em muitos campos da ciência. As leis da física clássica são suficientemente boas para estudar objetos que se movem muito mais lentamente do que a velocidade da luz, e não são microscópicas. Quando os cientistas estudaram a mecânica quântica pela primeira vez, tiveram que criar um novo conjunto de leis, que foi o início da física moderna.

Física moderna

Como cientistas pesquisaram partículas, eles descobriram o que a mecânica clássica não conseguia explicar. A mecânica clássica previu que a velocidade da luz variava, mas os experimentos mostraram que a velocidade da luz permanecia a mesma. Isto foi previsto pela teoria da relatividade especial de Albert Einstein. Einstein previu que a velocidade da radiação eletromagnética através do espaço vazio seria sempre a mesma. Sua visão do espaço-tempo substituiu a antiga idéia de que espaço e tempo eram coisas bem distintas.

Max Planck inventou a mecânica quântica para explicar por que o metal libera elétrons quando se acende uma luz, e por que a matéria emite radiação. A mecânica quântica se aplica a coisas muito pequenas como os elétrons, prótons e nêutrons que compõem um átomo. Pessoas como Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger e Paul Dirac continuaram a trabalhar na mecânica quântica e eventualmente conseguimos o Modelo Padrão.

Definição

A física é o estudo da energia e da matéria no espaço e no tempo e como elas estão relacionadas entre si. Os físicos assumem a existência de massa, duração, tempo e corrente elétrica e depois definem (dão o significado de) todas as outras grandezas físicas em termos dessas unidades básicas. Massa, comprimento, tempo e corrente elétrica nunca são definidos, mas as unidades padrão usadas para medi-las são sempre definidas. No Sistema Internacional de Unidades (SI abreviado do Système International francês), o quilograma é a unidade básica de massa, o metro é a unidade básica de comprimento, o segundo é a unidade básica de tempo, e o ampere é a unidade básica de corrente elétrica. Além dessas quatro unidades, há três outras: a toupeira, que é a unidade da quantidade de matéria, a candela que mede a intensidade luminosa (a potência de iluminação) e o kelvin, a unidade de temperatura.

A física estuda como as coisas se movem, e as forças que as fazem mover-se. Por exemplo, a velocidade e a aceleração são utilizadas pela física para mostrar como as coisas se movem. Além disso, os físicos estudam as forças da gravidade, eletricidade, magnetismo e as forças que mantêm as coisas unidas.

A física estuda coisas muito grandes, e coisas muito pequenas. Por exemplo, os físicos podem estudar estrelas, planetas e galáxias, mas também podem estudar pequenos pedaços de matéria, como átomos e elétrons, e também podem estudar som, luz e outras ondas. Além disso, eles podem examinar energia, calor e radioatividade, e até mesmo espaço e tempo. A física não só ajuda as pessoas a entender como os objetos se movem, mas como eles mudam de forma, como fazem barulho, como serão quentes ou frios, e de que são feitos no menor nível.

Física e matemática

A física é uma ciência quantitativa porque se baseia na medição com números. A matemática é usada na física para fazer modelos que tentam prever o que vai acontecer na natureza. Estas previsões são comparadas com a forma como o mundo real funciona. Os físicos estão sempre trabalhando para tornar melhores seus modelos do mundo.

Filiais

A mecânica clássica contém tópicos principais como as leis do movimento de Newton, mecânica Lagrangiana, mecânica Hamiltoniana, cinemática, estática, dinâmica, teoria do caos, acústica, dinâmica de fluidos, mecânica contínua. A mecânica clássica tem tudo a ver com forças que atuam sobre um corpo na natureza, forças de equilíbrio, manutenção do estado de equilíbrio, etc.

Eletromagnetismo é o estudo de cargas em um determinado corpo. Ele contém subtópicos como Eletrostática, eletrodinâmica, eletricidade, magnetismo, magnetostática, equações de Maxwell, ótica .

A termodinâmica e a mecânica estatística estão relacionadas com a temperatura. Inclui tópicos principais, tais como motor térmico, teoria cinética. Utiliza termos como calor (Q), trabalho (W), e energia interna (U). A primeira lei da termodinâmica nos dá a relação entre eles através da seguinte equação (ΔU = Q - W)

A mecânica quântica é o estudo da partícula a nível atômico levando em consideração o modelo atômico. Inclui subtópicos Formulação integral do caminho, teoria da dispersão, equação de Schrödinger, teoria de campo quântico, mecânica estatística quântica.

Relatividade

Conhecimento avançado

Descrição geral

A física é a ciência da matéria e como a matéria interage. A matéria é qualquer material físico do universo. Tudo é feito de matéria. A física é usada para descrever o universo físico ao nosso redor, e para prever como ele se comportará. A física é a ciência preocupada com a descoberta e caracterização das leis universais que governam a matéria, o movimento e as forças, o espaço e o tempo, e outras características do mundo natural.

Amplitude e objetivos da Física

A varredura da física é ampla, desde os menores componentes da matéria e as forças que a mantêm unida, até galáxias e coisas ainda maiores. Há apenas quatro forças que parecem operar sobre toda esta gama. Entretanto, mesmo estas quatro forças (gravidade, eletromagnetismo, a força fraca associada à radioatividade e a força forte que mantém os prótons e os nêutrons em um átomo juntos) são acreditadas como partes diferentes de uma única força.

A física está focada principalmente no objetivo de tornar cada vez mais simples, mais gerais e mais precisas as regras que definem o caráter e o comportamento da matéria e do próprio espaço. Um dos principais objetivos da Física é fazer teorias que se apliquem a tudo no universo. Em outras palavras, a física pode ser vista como o estudo daquelas leis universais que definem, no nível mais básico possível, o comportamento do universo físico.

A física usa o método científico

A física usa o método científico. Ou seja, os dados de experimentos e observações são coletados. São produzidas teorias que tentam explicar estes dados. A física usa estas teorias não apenas para descrever fenômenos físicos, mas para modelar sistemas físicos e prever como estes sistemas físicos se comportarão. Os físicos então comparam estas previsões com observações ou evidências experimentais para mostrar se a teoria está certa ou errada.

As teorias que são bem apoiadas por dados e que são especialmente simples e gerais são às vezes chamadas de leis científicas. É claro que todas as teorias, incluindo as conhecidas como leis, podem ser substituídas por leis mais precisas e mais gerais, quando é encontrada uma discordância com os dados.

A física é quantitativa

A física é mais quantitativa do que a maioria das outras ciências. Ou seja, muitas das observações em física podem ser representadas sob a forma de medidas numéricas. A maioria das teorias em física utiliza a matemática para expressar seus princípios. A maioria das previsões dessas teorias são numéricas. Isto se deve às áreas que a física abordou, que trabalham melhor com abordagens quantitativas do que outras áreas. As ciências também tendem a se tornar mais quantitativas com o tempo à medida que se tornam mais desenvolvidas, e a física é uma das ciências mais antigas.

Campos da física

A física clássica normalmente inclui os campos da mecânica, ótica, eletricidade, magnetismo, acústica e termodinâmica. Física moderna é um termo normalmente usado para cobrir campos que se baseiam na teoria quântica, incluindo mecânica quântica, física atômica, física nuclear, física de partículas e física de matéria condensada, bem como os campos mais modernos da relatividade geral e especial, mas estes dois últimos são freqüentemente considerados campos da física clássica, pois não se baseiam na teoria quântica. Embora esta diferença possa ser encontrada em escritos mais antigos, ela é de pouco interesse novo, pois os efeitos quânticos são agora entendidos como sendo de importância mesmo em campos que antes eram chamados de clássicos.

Abordagens em Física

Há muitas abordagens para o estudo da física, e muitos tipos diferentes de atividades em física. Há dois tipos principais de atividades em física: a coleta de dados e o desenvolvimento de teorias.

Os dados em alguns subcampos da física são passíveis de experimentação. Por exemplo, a física da matéria condensada e a física nuclear se beneficiam da capacidade de realizar experimentos. A física experimental se concentra principalmente em uma abordagem empírica. Às vezes, os experimentos são feitos para explorar a natureza e, em outros casos, os experimentos são realizados para produzir dados para comparar com as previsões das teorias.

Alguns outros campos da física, como astrofísica e geofísica, são principalmente ciências observacionais porque a maioria de seus dados tem que ser coletada passivamente em vez de através de experimentos. Entretanto, os programas de observação nestes campos utilizam muitas das mesmas ferramentas e tecnologia que são utilizadas nos subcampos experimentais da Física.

A física teórica freqüentemente usa abordagens quantitativas para desenvolver as teorias que tentam explicar os dados. Desta forma, os físicos teóricos freqüentemente usam ferramentas da matemática. A física teórica muitas vezes pode envolver a criação de previsões quantitativas de teorias físicas, e comparar quantitativamente essas previsões com os dados. A física teórica às vezes cria modelos de sistemas físicos antes que os dados estejam disponíveis para testar e suportar esses modelos.

Estas duas atividades principais em física, coleta de dados, produção de teorias e testes, utilizam muitas habilidades diferentes. Isto levou a uma grande especialização em física, e à introdução, desenvolvimento e uso de ferramentas de outros campos. Por exemplo, os físicos teóricos utilizam a matemática e a análise numérica e estatística e a probabilidade e o software de computador em seu trabalho. Os físicos experimentais desenvolvem instrumentos e técnicas para a coleta de dados, utilizando engenharia e tecnologia da computação e muitos outros campos da tecnologia. Muitas vezes as ferramentas dessas outras áreas não são muito apropriadas para as necessidades da física e precisam ser alteradas ou versões mais avançadas têm que ser feitas.

É freqüente que novos físicos sejam descobertos se os físicos experimentais fizerem um experimento que as teorias atuais não podem explicar, ou que os físicos teóricos gerem teorias que podem então ser postas à prova pelos físicos experimentais.

A física experimental, a engenharia e a tecnologia estão relacionadas. Os experimentos freqüentemente necessitam de ferramentas especializadas, como aceleradores de partículas, lasers e importantes aplicações industriais, como transistores e ressonância magnética, vieram da pesquisa aplicada.

Físicos

Físicos teóricos proeminentes

Físicos teóricos famosos incluem

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