خلفيات الفيزياء
يساعد علم الفيزياء في فهم كيفية عمل العالم من حولنا بدايةً بفتاحات العلب والمصابيح الكهربائية والهواتف المحمولة إلى العضلات والرئتين والمخ، والدهانات إلى الكاميرات والسيارات والحدوادث الطبيعية من الزلازل والتسونامي والأعاصير إلى العلوم للحمض النووي والثقوب السوداء من النثر حتى الأبيات الشعرية، تساعد الفيزياء في تنظيم الكون كما إنهات تتعامل مع الأساسيات وتساعد في رؤية للروابط بين الظواهر التي تبدو متباينة كما تمنح الفيزياء أدوات قوية للمساعدة على التعبير عن الإبداع، كذلك رؤية العالم بطرق جديدة من ثم تغييره.
نظرًا لأن الفيزياء تشجع على التفكير الكمي والتحليلي و اتضاح “الصورة الكبيرة” ، فمن المرجح أن ينتهي المطاف بالفيزيائيين في تولي المناصب في الإدارات العليا والسياسات أكثر من غيرهم من المهنيين التقنيين ومن بين المناصب الثلاثة العليا ذات الصلة بالعلوم في حكومة الولايات المتحدة مثلاً فقد يشغل الفيزيائيون حاليًا منصبين كل من وزير الطاقة ومدير مكتب البيت الأبيض لسياسة العلوم والتكنولوجيا.[1]
خلفيات فيزياء للتصميم
تظهر
أهمية الفيزياء في الحياة
من خلال الكثير من التطبيقات التي أتاحتها الفيزياء في حياة الناس اليومية، والتي أصبحت واحدة من ضروريات الحياة التي لا يستغنى عنها.
يمكن القول أن سبب التقدم الكبير الذي تشهده الحضارة الإنسانية في القرون الأخيرة يرجع بصورة أو بآخر إلى علم الفيزياء ، وبالأخص إيجاد قوانين الحركة وبعد اكتشاف المبادئ التي قامت عليها الكثير من الأجهزة مثل وسائل الاتصال.
تتقاطع الفيزياء مع الرياضيات ويعد الاثنان توأمان في العلوم كما يجب تحويل أغلب الظواهر الطبيعية وسلوكياتها المتنوعة إلى معادلات وصيغ رياضية هامة تخدم احتياجات الإنسان وتتنبأ بهذه الظواهر وهكذا قد نستنتج أن الرياضيات والفيزياء لا يمكن فصلهما أبدًا عن بعضهما.
تنقسم الفيزياء إلى عدد كبير من الفروع كما أوصحنا أدناه، كل منها متخصص في مجال معين ولعل أبرز فروع الفيزياء هي الفيزياء الذرية والنووية والصوتيات والبصريات والفيزياء الفلكية والجيوفيزياء والديناميكا الحرارية والعديد من الفروع الأخرى المهمة.
قد ساهم عدد كبير من العلماء في هذا المجال المعرفي الهائل عبر البشرية وهو الأمر الذي جعل الفيزياء تصل إلى مستوى عالٍ مما هي عليه في الوقت الحاضر.[2]
أمثلة في حياتنا اليومية نستخدم بها الفيزياء
قد يلعب كل من العلم والتكنولوجيا دورًا هامًا في حياتنا اليومية فقد تلعب الفيزياء دورًا حاسمًا في الثقافة الحديثة وهي جزء من تاريخ البشرية وقد ساهم تطورها في تقدم الكثير من الأنشطة البشرية الأخرى بدايةً من الطب إلى السفر في الفضاء ، ومن الاقتصاد إلى الاتصالات السلكية واللاسلكية ، وغيرها.
تتعامل الفيزياء مع أشياء مثل كل من المادة والقوة والطاقة والحركة. كل هذه الأمور مرتبطة بحياتنا اليومية كما تحدد الفيزياء كيفية عمل كل شيء من حولنا فلا يمكننا فصل أنفسنا عن عجائب الفيزياء.
تؤثر الفيزياء على مفهومنا للعالم والإنسان كما إنها أساس كل الأجهزة التي نستخدمها كما يسمح لنا بتقييم الاحتمالات والقيود المفروضة على الأنشطة اليومية.
تساعدنا الفيزياء في كل من تحليل وتقييم وتمييز الحلول للمشكلات المختلفة فالفيزياء ليست فقط في المختبرات ، إنها في كل مكان نعيش به.
تسمح لنا الفيزياء بفهم الظواهر الطبيعية بصورة أفضل وربطها بأنشطتنا اليومية. بهذه الطريقة ، يمكننا شرح كيف ولماذا تحدث الأشياء بالإضافة إلى التجربة وتأكيد النتائج.
كما يمكننا المشي مثلاً بسهولة فقط بسبب الفيزياء فحين نضع قدمنا على الأرض ، نطبق عليها قوة وعند القيام بهذا، قد تطبق الأرض أيضًا قوة مساوية لقدمنا ، ولكن في الاتجاه المعاكس ، وتدفعنا إلى الأمام وهذا ما يسمى بقانون نيوتن الثالث.
حين نرغب بفتح وإغلاق الأبواب المفصلية ، فإننا نستعمل الفيزياء وهي تسمى الظاهرة التي تشتمل على فتح وإغلاق الأبواب “عزم الدوران” فأن عزم الدوران هو مقياس القوة المطلوبة لتدوير جسم حول محور أو نقطة ارتكاز كما يكون العزم موجبًا عند فتح الباب في اتجاه عقارب الساعة وسالب إذا فتحته عكس اتجاه عقارب الساعة.
نستعمل مكواة بخارية لمنح ملابسنا مظهرًا وملمسًا مضغوطين بشكل احترافي من الراحة في بيوتنا تستعمل مكواة البخار الكثير من المبادئ الفيزيائية لجعلها تعمل مثل “الحرارة” وهو صورة من صور الطاقة التي تنتقل من جسم إلى آخر بسبب اختلاف درجة الحرارة.
تستعمل الفيزياء
في المطبخ لطهي الأطعمة فأن في عملية الطهي نستعمل فرعًا من الفيزياء يسمى “الديناميكا الحرارية” فتتعامل الديناميكا الحرارية مع الحرارة ودرجة الحرارة اللازمة لطهي الأطعمة.
أقسام الفيزياء هي
- فيزياء الصوتيات: وهي لدراسة الموجات الصوتية والصوتية.
- الفيزياء الفلكية: وهي لدراسة الخصائص الفيزيائية للأشياء بالفضاء.
- الفيزياء الذرية: وهي لدراسة الذرات بالأخص الخصائص الإلكترونية للذرة.
- الفيزياء الحيوية: وهي دراسة الفيزياء في النظم الحية.
- الفيزياء الكيميائية: وهي دراسة الفيزياء بالنظم الكيميائية.
- الفيزياء الحاسوبية: وهي تطبيق الأساليب العددية لحل المشكلات الفيزيائية التي توجد لها بالفعل نظرية كمية.
- علم الكونيات: وهي لدراسة الكون ككل ، بما في هذا أصوله وتطوره.
- الفيزياء المبردة: فالفيزياء المبردة ، وفيزياء درجات الحرارة المنخفضة لدراسة الخصائص الفيزيائية في درجات الحرارة المنخفضة، أقل بكثير من نقطة تجمد الماء.
- علم البلورات: وهي لدراسة التراكيب البلورية والبلورية.
- الكهرومغناطيسية:وهي لدراسة المجالات الكهربائية والمغناطيسية وهما وجهان لذات الظاهرة.
- إلكترونيات: وهي دراسة تدفق الإلكترونات ، بصورة عامة في الدائرة.
- ديناميات الموائع وميكانيكا الموائع: وهي لدراسة الخواص الفيزيائية “للسوائل” التي تم تعريفها تحديداً في هذه الحالة بأنها سوائل وغازات.
- الجيوفيزياء: وهي لدراسة الخصائص الفيزيائية للأرض.
- فيزياء الطاقة العالية: وهي لدراسة الفيزياء داخل أنظمة الطاقة العالية للغاية ،بصورة عامة خلال فيزياء الجسيمات.
- فيزياء الضغط العالي:و هي لدراسة الفيزياء بأنظمة الضغط المرتفع جداً، والمرتبطة عمومًا بديناميكيات الموائع.
- فيزياء الليزر: وهي لدراسة الخواص الفيزيائية لليزر.
- الفيزياء الرياضية: وهي الانضباط الذي يتم فيه تطبيق الأساليب الرياضية الصارمة لحل المشكلات المرتبطة بالفيزياء.
- علم الميكانيكا: وهي لدراسة حركة الأجسام داخل إطار مرجعي.
- فيزياء الأرصاد الجوية والطقس.
- الفيزياء الجزيئية: وهي لدراسة الخصائص الفيزيائية للجزيئات.
- تقنية النانو: وهو علم بناء الدوائر والآلات من جزيئات وذرات مفردة.
- فيزياء نووية: وهي دراسة الخواص الفيزيائية للنواة الذرية.
- البصريات والفيزياء الضوئية: وهي لدراسة الخصائص الفيزيائية للضوء.
- فيزياء الجسيمات: وهي لدراسة الجسيمات الرئيسية وقوى تفاعلها.
- فيزياء البلازما: وهي لدراسة المادة بمرحلة البلازما.
- الديناميكا الكهربائية الكمية: وهي لدراسة طريقة تفاعل الإلكترونات والفوتونات على مستوى ميكانيكا الكم.
- ميكانيكا الكم وفيزياء الكم: وهي دراسة العلم حيث تصبح أصغر القيم المنفصلة أو الكميات للمادة والطاقة ذات صلة.
- البصريات الكمومية: وهي تطبيق فيزياء الكم على الضوء.
- نظرية المجال الكمي: وهي تطبيق فيزياء الكم على المجالات ، بما في هذا القوى الرئيسية للكون.
- الجاذبية الكمومية: وهي تطبيق فيزياء الكم على الجاذبية وتوحيد الجاذبية مع تفاعلات الجسيمات الرئيسية الأخرى.
- النسبية: وهي لدراسة الأنظمة التي تعرض خصائص نظرية النسبية لأينشتاين ، والتي تشتمل عمومًا التحرك بسرعات قريبة جدًا من سرعة الضوء.
- الميكانيكا الإحصائية: وهي لدراسة الأنظمة الضخمة عن طريق التوسع الإحصائي بمعرفة الأنظمة الأصغر.
- نظرية الأوتار ونظرية الأوتار الفائقة.
- الديناميكا الحرارية: وهي فيزياء الحرارة.[3]