معرفی رشته فیزیک - آموزش تصویری - زبان ساده

1 - فیزیک چیست؟ چه کاربردهایی دارد؟

اگر در یک عبارت  بخواهیم فیزیک را بیان کنیم، می گوییم  فیزیک علم اندازه گیری و شناخت جهان طبیعت است. ریشه آن،  کلمه  یونانی physis به معنی طبیعت، و هدف آن شناخت جهان و قوانین آن می باشد. تا اینجا دو مفهوم مهم اندازه گیری و قوانین را به کار بردیم. در واقع ابتدا به کمک ابزارهای مناسب، اندازه گیری های لازم انجام می شود. سپس با توجه به این اندازه ها و سایر مشاهدات، قوانین حاکم بر جهان هستی کشف می شود. قبل از معرفی بیشتر رشته فیزیک، لازم است مفاهیم زیر را یادآوری کنیم.

پدیده یا رویداد یا رخداد: هر چیزی که اتفاق می افتد یا به عبارت دیگر رخ می دهد، پدیده نام دارد. مثلا خورشید گرفتگی یک پدیده است. برگی از درخت می افتد، این نیز یک پدیده است.

دانش( Knowledge): مجموعه دانستنی هایی است که انسان از جهان هستی دارد و در زندگی خود از آن بهره می برد.  دقت کنید دانش بسیار گسترده تر از علم است. 

علم (Science) : زیر مجموعه ای از دانش است و بیشتر به حقایق طبیعت می پردازد. در واقع دانش حوزه های دیگری را شامل می شود که علم وارد آن مباحث نمی شود.

تذکر: برخی معتقدند که دانش و علم معنی یکسانی می دهند. به عقیده آنها، دانش یک کلمه فارسی و علم معنی عربی آن است. اما باید دقت کنیم که دانش به سه قسمت کلی یعنی فلسفه و هنر و علم تقسیم می شود. به این ترتیب، دانش به علوم طبیعی و هنر و فلسفه توجه دارد. اما علم فقط به علوم طبیعی می پردازد.

تکنولوژی یا  فناوری: آنچه را که علم کشف می کند، تکنولوژی تلاش دارد آن را در زندگی به گیرد.  به عبارت دیگر، به کارگیری قوانین و کشفیات علمی، به کمک صنعت و مهندسی، در حوزه فعالیت تکنولوژی است. به عنوان نمونه، فیزیک امواج، امواج الکترومغناطیسی را بررسی کرده و واقعیت های علمی آن را کشف می کند. اما تکنولوژی به کمک همین  واقعیت های علمی، وسایلی همچون موبایل و رادیو و تلویزیون را تولید می کند. مثال دیگر:  فیزیک اتمی یا هسته ای، خواص الکترون را مطالعه و کشف می کند. تکنولوژی از آن بهره می برد و ابزار هایی مانند میکروسکوپ الکترونی را می سازد. دقت کنید تکنولوژی علاوه بر علم، به  دانش نیز توجه دارد. مثلا از هنر، در طراحی موبایل استفاده می شود.

2 - فیزیک چه شاخه هایی دارد؟

ابتدا لازم است به نقش ریاضیات اشاره کنیم. هرچند تمام علوم با هم ارتباط دارند، اما ریاضیات نقش اساسی در فیزیک دارد. ریاضیات به کمک فرمول های مناسب، مسائل را حل می کند. گاهی از نمودار استفاده می کند.  گاهی نظریه های پیچیده ای برای توجیه جهان های ناشناخته ارائه می دهد. ریاضیات بخش جدایی ناپذیر فیزیک است.

 فیزیک حوزه وسیعی از اتم های بسیار کوچک، تا ستاره ها و کهکشان ها را مطالعه می کند. گرایش هایی مانند، فیزیک اتمی و مولکولی، حالت جامد، ماده چگال، پلاسما، هسته‌ای، ذرات بنیادی و نظریه ی میدان ها، نجوم و اختر فیزیک، اپتیک و لیزر، نانو فیزیک، پرتو پزشکی، بهداشت، و محیط زیست و ... را می توان نام برد.

علاوه بر آن، مفاهیم مهم زیادی در فیزیک مطرح هستند. مفاهیمی مانند حرکت ، نیرو ، انرژی، کار، گرما، الکتریسیته ، مغناطیس، اتم ، و غیره، به طور دقیق و علمی بررسی می شود.

قدیمی ترین شاخه فیزیک،  نجوم است. این شاخه، زیبایی خاص خود را دارد. اخترشناسان در تمدن‌های اولیهٔ بشری با دقت، آسمان شب را بررسی می‌کردند. در آن زمان، منجمین ابزارهای اولیه اخترشناسی، مانند اسطرلاب را به کار می بردند. با اختراع تلسکوپ، تحولی عظیم در این رشته ایجاد شد و دوران اخترشناسی نو آغاز گردید. ما ستاره شناسی را در بخش دیگری مطالعه خواهیم کرد

3 - کاربرد فیزیک در زندگی

کاربرد فیزیک در پزشکی و سلامت:

1.  الکتروکاردیوگراف:  برای تشخیص بیماری های قلب به کار می رود.
2.  الکتروآسفالوگراف( آنسفالوگرافی ): برای تشخیص بیماری هایی که در ارتباط با مغز هستند به کار می رود.
3.  سونوگرافی: به کمک امواج فراصوت، می توان تصاویری از بخش هایی از بدن انسان تهیه کرد.
4.  رادیولوژی: کاربرد اشعه ایکس برای تصویر برداری از بخش های بدن. مثلا برای عکس برداری از استخوان شکسته از رادیولوژی استفاده می شود.

کاربرد فیزیک در حوزه وسایل نوری:

1.  دوربین فیلم برداری: به کمک نوری که از محیط به درون دوربین  می رسد(مشابه چشم) می توان فیلمبرداری کرد.
2.  تلسکوپ و میکروسکوپ: می توان اشیای بسیار دور و یا بسیار ریز را مشاهده کرد.

کاربرد فیزیک در ارتباطات:

1.  تلفن همراه: استفاده از امواج الکترومغناطیسی در موبایل یک نمونه بارز است. این مورد بسیار رایج و عمومی شده است.
2.  رادار: به کمک امواج رادیویی، می توان مکان اشیا را تشخیص داد.  این مورد، مخصوصا در مسائل نظامی بیشتر به کار می رود.

کاربرد فیزیک بسیار گسترده است. آنچه که در بالا  اشاره شد بخش بسیار کوچکی را بیان می کند.

4 - چگونه روش علمی در فیزیک به کار می رود؟

در رشته های علمی، روش خاصی استفاده می شود که باعث می شود نتایج دقیق تری به دست آوریم. این روش، روش علمی نام دارد. روش علمی در موضوعات علمی، بسیار مفید و اساسی است. ما سعی کردیم مثال هایی را که انتخاب کنیم از فیزیک باشد. شما حتی در زندگی روزمره خود نیز می توانید این روش را به کار ببرید. این مراحل، سبب شده که دانشمندان به کمک ریاضیات، شناخت دقیق تری از جهان هستی داشته باشند.

مراحل روش علمی به ترتیب عبارتند از:

۱) مشاهده: از راه حواس و یا به کمک ابزارهای مناسب حاصل می شود . مثلا وقتی به مسیر انتشار نور دقت کنید، می بینید که  مسیر آن یک خط راست است.

نکته :مشاهده فقط از راه دیدن نیست بلکه حواس دیگر نیز در مشاهده به کار گرفته می شوند. به عنوان نمونه، شنیدن صدای یک برخورد نیز به عنوان مشاهده محسوب می شود.  امروزه علم فیزیک از ابزار های پیچیده و پیشرفته ای استفاده می کند. این نیز مشاهده محسوب می شود.

۲) طرح مسئله: در این مرحله، در باره چیزی که مشاهده کردیم سوال مناسبی مطرح می کنیم. آیا مسیر نور همیشه خط راست است؟

۳) ارائه‌ی فرضیه: در این مرحله یک پاسخ حدس می زنیم. توجه کنید که فرضیه ممکن است درست و یا نادرست باشد. می گوییم نور در هر شرایط  در خط راست منتشر می شود. در فیزیک فرضیه های متعددی وجود دارد که هنوز به طور قطعی تایید نشده اند.

۴) آزمایش: در این مرحله آزمایش های مختلف انجام می دهیم. اگر فرضیه تایید شد به نظریه تبدیل می گردد وگرنه باید آن را اصلاح کنیم. مثلا وقتی آزمایش می کنیم، می بینیم نور در هوا، در مسیر مستقیم منتشر می شود. این نتیجه در آب نیز درست است. یعنی نور در آب نیز در مسیر مستقیم منتشر می شود. اما وقتی نور را از هوا به آب می تابانیم، مشاهده می کنیم مسیر آن یک خط شکسته است.

۵) نتیجه گیری: در این مرحله اگر حدس ما به کمک آزمایش تایید شد، می توانیم نتیجه گیری کنیم؛ یعنی فرضیه ما به نظریه تبدیل می شود. در اینجا نتیجه می گیریم: نور در یک محیط یکسان و یکنواخت به خط راست منتشر می شود.