1. A fizika alapjai:
a. A fizika kifejezés a görög φυσις (fűzisz) szóból származik, amely természetet jelent.b. A fizika mint tudomány a természettudományok közé tartozik, szoros a kapcsolata a
matematikával, a kémiával, a biológiával és a földrajzzal. Ezen interdiszciplináris kapcsolatok közül a matematikával való kapcsolata a leglényegesebb. A fizika egzakt ( mérhető, összefüggéseit számszerűen is megfogalmazó) tudomány, ehhez a legfontosabb eszköz a matematika. Ebben az összefüggésben a matematika a fizika számára segédtudomány, kapcsolatukat az alábbi megfogalmazás szellemesen mutatja: A fizika birodalom, a matematika hatalom. A birodalmat hatalom nélkül összetartani nem lehet.c. A fizikai ismeretszerzés tárgya az mozgó anyag. A fizikai azokkal a testekkel foglalkozik, amelyek a molekulánál nagyobbak, de az atomnál kisebbek. A fizikában az anyag legfontosabb jellemzője a kölcsönható képesség.
Kölcsönhatások általános jellemzői:
1. Legalább két résztvevője (test vagy mező) van.
2. A résztvevők kölcsönösen hatnak egymásra.
3. Bármilyen változás csak kölcsönhatásban lehetséges.
Az anyagnak két megjelenési formája van. Az egyik a test, a másik a mező.
A test apró részecskékből ( atomokból, molekulákból) állnak, amelyek a rendelkezésre álló teret nem töltik ki folyamatosan. Ugyanazon időben és helyen csak egy test fordulhat elő. Normál körülmények között az anyagi halmaz háromféle állapotban lehet: légnemű, folyékony, szilárd.
A mező ellenben – mai tudásunk szerint – hézagmentesen tölti ki a teret, Egy időben és egy helyen több is lehet belőlük. Legismertebben a gravitációs és elektromágneses mező.
d. A fizika résztudományai, a fizikai jelenségek csoportosítása
1. Mechanikai az anyag alak és mozgásállapot-változásait vizsgálja. Klasszikus felosztása:
- kinematika: milyen a mozgás?
- dinamika: miért változik a test mozgásállapota, alakja?
- statika: mi az egyensúly feltétele?
2. Elektromágnesesség-tan az elektromos és mágneses jelenségeket tárgyalja. Fő vizsgálati objektuma az elektromos és mágneses mező és ezek kölcsönhatása, egymásba történő átalakulása. E tudományrész fontos része, amely külön résztudománynak is tekinthető, az
3. optika vagy fénytan, amely fény mibenlétét, a fényvisszaverődés, a fényelnyelés és a fénytörés jelenségeit vizsgálja.
4. Hőtan a hővel kapcsolatos jelenségek, a termikus kölcsönhatások fizikája.
5. Atomfizika a részecskék fizikai tárgyalását tekinti feladatának. Egyrészt az atommag körül mozgó elektronokat, másrészt az atommagban lévő elemi építőelemek közötti kölcsönhatásokat vizsgálja.
2. A fizikai ismeretszerzés és az ismeretszerzés menete
A vizsgálat alá vont objektum, jelenség kijelölése, a vizsgálati szempontok megadása. Esetleg hipotézis (feltételezés) megfogalmazása.
- A vizsgált objektum, jelenség megfigyelése, kísérletek szervezése, végrehajtása
- ( A tudomány egzakt-azaz mérésekre alapozott- jellegéből adódóan a mérhetőségnek kitüntetett szerepe van)
- A megfigyelési , kísérleti adatok rögzítése
- Az adatok matematikai feldolgozása, elemzése
- A feldolgozás eredményeként a törvény (ismeret) megfogalmazása, a hipotézis megerősítése, törvényként történő megfogalmazása vagy cáfolása, elvetése.
- Sok esetben célszerű kontroll – ellenőrző – kísérleteket, megfigyeléseket végeznünk.
Megjegyzések
· - A fizikai ismeretszerzés alá vont objektumok, jelenségek vizsgálatára -a számszerű, mérhető információgyűjtés és feldolgozás céljából - fizikai mennyiségeket kell bevezetnünk, használunk. A fizikai mennyiségek tehát a fizikai jelenségeket ( pl. mozgást) és a testek fizikai tulajdonságait ( pl. térfogat, sűrűség) jellemzik. Minden fizikai mennyiségnek van elnevezése, jele, fogalma, mértékegysége. A fizikai mennyiség tehát a fizika ábécéje.
· Azokat a fizikai mennyiségeket, amelyeket a nagyságuk egyértelműen jellemez, skalároknak nevezzük( pl. tömeg, hosszúság, idő stb.). Azokat a mennyiségeket, amelyeknél a nagyság mellett az irányt is meg kell adnunk , vektoroknak hívjuk. (pl. erő, sebesség, lendület stb.).
· Általában a vizsgált objektum , jelenség több tényezőtől, fizikai mennyiségtől függ. Ilyen esetekben a kísérleti körülményeket úgy alakítjuk, hogy az adott jelenséget, objektumot csak egy fizikai mennyiség változásával vizsgáljuk. Ezt követően a többi fizikai mennyiség függvényében is külön-külön megvizsgáljuk a kísérlet alapjául szolgáló jelenséget, objektumot.
· A megfigyelés, kísérlet eredményeként kapott összefüggéseket általában egyenes és fordított arányosság formájában adjuk meg, ezek matematikai következményeként fogalmazzuk meg a képlet formájában a törvényt, az új ismeretet vagy az esetleg bevezetendő új fizikai mennyiséget.
3. A mérés és mértékrendszer
a. A mérés összehasonlítás, megnézzük, hogy az ismeretlen mennyiség hányszorosa a mértékegységnek. A mérés eredményeként kapjuk a mérőszámot, amely az összehasonlítás eredményét mutatja.
(Pl. legyen a mérendő – tehát a mérés előtt még ismeretlen nagyságú – fizikai mennyiség valakinek a magassága. Mértékegységül az 1 cm-t választva, azt kapjuk, hogy az illető 170-szer nagyobb, mint az 1 cm. Az ő magassága tehát 170 cm.)
A mérés eredménye a mérőszám és a mértékegység szorzata. A mérés eredménye tehát: mérőszám + előtétszó (prefixum) + mértékegység.
b. A mérés feltételei:
- létezzen az, amit meg akarunk mérni
- legyen alkalmas mérőeszközünk
- a mérés kivitelezéséhez legyen mérési leírás
- az eredmény kommunikálásához legyen mértékegység
- legalább becslés szintjén ismerjük a mérés hibáját.
c. Mértékegységek néhány előtétszava:
Elnevezés | Jelölés | Jelentés | Példa |
mikro | m | 1/1000000 | 5 mm = 0,000005 m |
milli | m | 1/1000 | 4 m l= 0,004 l |
centi | c | 1/100 | 3 cm = 0,03 m |
deci | d | 1/10 | 2 dl = 0,2 l |
deka | dk (dag) | 10x | 6 dkg = 60 g |
hekto | h | 100x | 7 hl = 700 l |
kilo | k | 1000x | 8 kg = 8000 g |
mega | M | 1000000x | 9 MW = 9000000 W |
d. Mértékrendszer
A Nemzetközi Mértékügyi Intézet (ISO) 1960-ban vezette be az SI mértékegység-rendszert. Magyarországon 1980. január 1-től kötelező.
Az SI alapegységei
Alapmennyiség | Jele | Elnevezése | Mértékegysége |
Hosszúság | l | 1 m | (méter) |
Tömeg | m | 1 kg | (kilogramm) |
Idő | t | 1 s | (másodperc, szekundum) |
Elektromos áramerősség | I | 1 A | (amper) |
Hőmérséklet | T | 1 K | (kelvin) |
Fényerősség | Iv | 1 cd | (kandela) |
Anyagmennyiség | n | 1 mol vagy mól | (mól) |
Megjegyzések:
- Minden alapegységnek pontosan adott a meghatározása. Pl. az 1 kg a Párizsban őrzött platina-irídium henger tömege.
- A származtatott fizikai mennyiségek ezekből az alapmennyiségekből jönnek. Pl. a sebesség mértékegysége az 1 m/s, a hosszúság(út) és az idő mértékegységéből származik.
- Az SI-nek vannak még kiegészítő egységei is, ilyen pl. a síkszög, amelynek a jele pl. a, mértékegysége a rad (radián )
- Az SI-ben léteznek még önálló elnevezésű származtatott fizikai mennyiségek is. Pl. a frekvencia, jele f, mértékegysége 1 Hz (hertz) 1 Hz=1 1/s
További tudnivalók:
- Laboratóriumi praktikum, p. 8-9. 35-37.
- Ménesi:
- Park-Osborn: