fisica , scienza che si occupa della struttura della materia e delle interazioni tra i fondamentali costituenti dell'osservabile universo . In senso lato, la fisica (dal greco fisico ) si occupa di tutti gli aspetti della natura sia a livello macroscopico che submicroscopico. Il suo ambito di studio comprende non solo il comportamento degli oggetti sotto l'azione di determinate forze, ma anche la natura e l'origine dei campi di forza gravitazionale, elettromagnetica e nucleare. Il suo obiettivo finale è la formulazione di alcuni completo principi che riuniscono e spiegano tutto questo follia fenomeni.
Modello Bernoulli della pressione del gas Come concepito da Daniel Bernoulli in Idrodinamica (1738), i gas sono costituiti da numerose particelle in rapido movimento casuale. Ipotizzava che la pressione di un gas fosse prodotta dall'impatto diretto delle particelle sulle pareti del contenitore. Enciclopedia Britannica, Inc.; basato su Daniel Bernoulli, Idrodinamica (1738)
La fisica è la branca della scienza che si occupa della struttura di importa e come interagiscono i costituenti fondamentali dell'universo. Studia oggetti che vanno dal molto piccolo usando la meccanica quantistica all'intero universo usando la relatività generale.
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Fisici e altri scienziati utilizzano il Sistema internazionale di unità (SI) nel loro lavoro perché desiderano utilizzare un sistema concordato dagli scienziati di tutto il mondo. Dal 2019 le unità SI sono state definite in termini di costanti fisiche fondamentali, il che significa che ovunque gli scienziati che utilizzano SI possono concordare le unità che usano per misurare i fenomeni fisici.
La fisica è la base scienza fisica . Fino a tempi piuttosto recenti fisica e filosofia naturale sono stati usati in modo intercambiabile per la scienza il cui scopo è la scoperta e la formulazione delle leggi fondamentali della natura. Man mano che le scienze moderne si sviluppavano e diventavano sempre più specializzate, la fisica arrivò a denotare quella parte della scienza fisica non inclusa nell'astronomia, chimica , geologia e ingegneria . La fisica svolge un ruolo importante in tutte le scienze naturali, tuttavia, e tutti questi campi hanno rami in cui le leggi e le misurazioni fisiche ricevono un'enfasi speciale, portando nomi come astrofisica, geofisica, biofisica e persino psicofisica. La fisica può, in fondo, essere definita come la scienza della importa , movimento ed energia. Le sue leggi sono tipicamente espresse con economia e precisione nel linguaggio della matematica.
Sia l'esperimento, l'osservazione dei fenomeni in condizioni controllate nel modo più preciso possibile, sia la teoria, la formulazione di un unificato concettuale quadro, svolgono ruoli essenziali e complementari nel progresso della fisica. Gli esperimenti fisici danno luogo a misurazioni, che vengono confrontate con il risultato previsto dalla teoria. Si dice che una teoria che predice in modo affidabile i risultati degli esperimenti a cui è applicabile incorpori una legge della fisica. Tuttavia, una legge è sempre soggetta a modifica, sostituzione o restrizione a un dominio più limitato, se un esperimento successivo lo rende necessario.
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Lo scopo ultimo della fisica è trovare un insieme unificato di leggi che regolino la materia, il movimento e l'energia a piccole distanze subatomiche (microscopiche), alla scala umana (macroscopica) della vita quotidiana e alle distanze maggiori (ad esempio la scala extragalattica). Questo ambizioso obiettivo è stato realizzato in misura notevole. Sebbene una teoria dei fenomeni fisici completamente unificata non sia stata ancora raggiunta (e forse non lo sarà mai), un insieme straordinariamente piccolo di leggi fisiche fondamentali sembra in grado di spiegare tutti i fenomeni conosciuti. Il corpo della fisica sviluppato fino all'inizio del XX secolo, noto come fisica classica, può in gran parte spiegare i moti degli oggetti macroscopici che si muovono lentamente rispetto alla velocità della luce e per tali fenomeni come calore , suono , elettricità , magnetismo e luce . I moderni sviluppi della relatività e della meccanica quantistica modificano queste leggi nella misura in cui si applicano a velocità più elevate, oggetti molto massicci e ai minuscoli costituenti elementari della materia, come elettroni, protoni e neutroni .
I rami o campi tradizionalmente organizzati della fisica classica e moderna sono delineato sotto.
Per meccanica si intende generalmente lo studio del moto degli oggetti (o della loro assenza di movimento) sotto l'azione di determinate forze. La meccanica classica è talvolta considerata una branca della matematica applicata. Consiste in cinematica, la descrizione del movimento, e dinamica, lo studio dell'azione delle forze nel produrre movimento o equilibrio statico (l'ultimo costituendo la scienza della statica). I soggetti del XX secolo di quantistica meccanica, fondamentale per trattare la struttura della materia, particelle subatomiche, superfluidità, superconduttività, stelle di neutroni , e altri fenomeni importanti, e la meccanica relativistica, importante quando le velocità si avvicinano a quella della luce, sono forme di meccanica che verranno discusse più avanti in questa sezione.
illustrazione della legge di elasticità dei materiali di Robert Hooke Illustrazione della legge di elasticità dei materiali di Hooke, che mostra l'allungamento di una molla in proporzione alla forza applicata, da Robert Hooke Lezioni sul potere Restitutiva (1678). Photos.com/Jupiterimages
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Nella meccanica classica le leggi sono inizialmente formulate per particelle puntiformi in cui le dimensioni, le forme e altro intrinseco le proprietà dei corpi vengono ignorate. Quindi, in prima approssimazione, anche oggetti grandi come la Terra e il Sole sono trattati come puntiformi, ad esempio nel calcolo del moto orbitale planetario. In corpo rigido dinamica , si considera anche l'estensione dei corpi e le loro distribuzioni di massa, ma si immagina che siano indeformabili. La meccanica dei solidi deformabili è elasticità ; l'idrostatica e l'idrodinamica trattano, rispettivamente, i fluidi a riposo e in movimento.
I tre leggi del movimento stabilito da Isaac Newton costituiscono il fondamento della meccanica classica, insieme al riconoscimento che le forze sono quantità dirette (vettori) e si combinano di conseguenza. La prima legge, detta anche legge d'inerzia, afferma che, se non agito da una forza esterna, un oggetto fermo resta fermo, oppure se in movimento continua a muoversi in linea retta con velocità costante. Il moto uniforme quindi non richiede una causa. Di conseguenza, la meccanica non si concentra sul movimento in quanto tale, ma sul cambiamento nello stato di movimento di un oggetto che risulta dalla forza netta che agisce su di esso. La seconda legge di Newton eguaglia la forza netta su un oggetto alla velocità di variazione della sua quantità di moto, quest'ultima essendo il prodotto della massa di un corpo e la sua velocità. La terza legge di Newton, quella dell'azione e della reazione, afferma che quando due particelle interagiscono, le forze che ciascuna esercita sull'altra sono uguali in grandezza e opposte in direzione. Prese insieme, queste leggi meccaniche consentono in linea di principio la determinazione dei moti futuri di un insieme di particelle, purché si conosca in qualche istante il loro stato di moto, nonché le forze che agiscono tra di esse e su di esse dall'esterno. Da questo carattere deterministico delle leggi della meccanica classica sono state tratte in passato profonde (e probabilmente errate) conclusioni filosofiche applicate anche alla storia umana.
Trovandosi al livello più elementare della fisica, le leggi della meccanica sono caratterizzate da alcune proprietà di simmetria, come esemplificato nella suddetta simmetria tra forze di azione e di reazione. Altre simmetrie, come l'invarianza (cioè la forma immutabile) delle leggi sotto riflessioni e rotazioni effettuate nello spazio, inversione del tempo, o trasformazione in una parte diversa dello spazio o in un'altra epoca del tempo, sono presenti sia nella classica meccanica e in meccanica relativistica, e con alcune limitazioni, anche in meccanica quantistica. Si può dimostrare che le proprietà di simmetria della teoria hanno come conseguenze matematiche principi di base noti come leggi di conservazione, che affermano la costanza nel tempo dei valori di determinate quantità fisiche in condizioni prescritte. Le quantità conservate sono le più importanti in fisica; tra questi sono inclusi massa ed energia (nella teoria della relatività, massa ed energia sono equivalenti e si conservano insieme), quantità di moto, momento angolare e carica elettrica .
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