13 Cabang Fisika Klasik dan Modern

Di antara cabang - cabang fisika klasik dan modern kita dapat menyoroti akustik, optik atau mekanika di bidang yang paling primitif, dan kosmologi, mekanika kuantum atau relativitas dalam aplikasi terbaru.

Fisika klasik menggambarkan teori-teori yang dikembangkan sebelum 1900, dan fisika modern tentang peristiwa-peristiwa yang terjadi setelah 1900. Fisika klasik berkaitan dengan materi dan energi, pada skala makro, tanpa masuk ke studi kuantum yang lebih kompleks. fisika modern.

Max Planck, salah satu ilmuwan terpenting dalam sejarah, menandai berakhirnya fisika klasik dan awal fisika modern dengan mekanika kuantum.

Cabang-cabang fisika klasik

1- Akustik

Telinga adalah instrumen biologis yang sangat baik untuk menerima getaran gelombang tertentu dan menafsirkannya sebagai suara.

Akustik, yang berkaitan dengan studi suara (gelombang mekanis dalam gas, cairan dan padatan), terkait dengan produksi, kontrol, transmisi, penerimaan dan efek suara.

Teknologi akustik meliputi musik, studi tentang fenomena geologis, atmosfer, dan kapal selam.

Psychoacoustics, mempelajari efek fisik suara dalam sistem biologis, hadir sejak Pythagoras mendengar, untuk pertama kalinya, suara string yang bergetar dan palu yang menghantam landasan pada abad keenam SM. C. Tetapi perkembangan yang paling mengesankan dalam kedokteran adalah teknologi ultrasonografi.

2- Listrik dan Magnet

Listrik dan magnet berasal dari satu gaya elektromagnetik. Elektromagnetisme adalah cabang ilmu fisika yang menggambarkan interaksi listrik dan magnet.

Medan magnet diciptakan oleh arus listrik yang bergerak dan medan magnet dapat menginduksi pergerakan muatan (arus listrik). Aturan elektromagnetisme juga menjelaskan fenomena geomagnetik dan elektromagnetik, menggambarkan bagaimana partikel bermuatan berinteraksi dengan atom.

Di masa lalu, elektromagnetisme dialami berdasarkan efek petir dan radiasi elektromagnetik sebagai efek cahaya.

Magnetisme telah digunakan, untuk waktu yang lama, sebagai instrumen dasar untuk navigasi yang dipandu oleh kompas.

Fenomena muatan listrik saat istirahat, terdeteksi oleh orang Romawi kuno, yang mengamati cara sisir yang digosok menarik partikel. Dalam konteks tuduhan positif dan negatif, tuduhan yang sama mengusir satu sama lain, dan tuduhan yang berbeda menarik satu sama lain.

Anda mungkin tertarik untuk mengetahui lebih banyak tentang topik ini dengan menemukan 8 jenis gelombang elektromagnetik dan karakteristiknya.

3- Mekanika

Hal ini terkait dengan perilaku tubuh fisik, ketika mengalami kekuatan atau perpindahan, dan efek selanjutnya dari tubuh di lingkungan mereka.

Pada awal modernisme, ilmuwan Jayam, Galileo, Kepler dan Newton meletakkan dasar untuk apa yang sekarang dikenal sebagai mekanika klasik.

Sub-disiplin ini berkaitan dengan pergerakan gaya pada benda dan partikel yang diam atau bergerak dengan kecepatan yang jauh lebih rendah daripada cahaya. Mekanika menggambarkan sifat tubuh.

Istilah tubuh meliputi partikel, proyektil, pesawat ruang angkasa, bintang, bagian mesin, bagian benda padat, bagian cairan (gas dan cairan). Partikel-partikel adalah benda dengan struktur internal kecil, diperlakukan sebagai titik matematika dalam mekanika klasik.

Tubuh kaku memiliki ukuran dan bentuk, tetapi mereka mempertahankan kesederhanaan dekat dengan partikel dan dapat semi kaku (elastis, fluida).

4- Mekanisme cairan

Mekanika fluida menjelaskan aliran cairan dan gas. Dinamika fluida adalah cabang dari mana sub-disiplin ilmu muncul, seperti aerodinamika (studi tentang udara dan gas-gas lain yang bergerak) dan hidrodinamika (studi tentang cairan yang bergerak).

Dinamika fluida diterapkan secara luas: untuk perhitungan gaya dan momen di pesawat terbang, penentuan massa fluida minyak melalui pipa minyak, di samping prediksi pola cuaca, kompresi nebula di ruang antarbintang dan pemodelan fisi nuklir.

Cabang ini menawarkan struktur sistematis yang mencakup hukum empiris dan semi-empiris yang berasal dari pengukuran aliran dan digunakan untuk memecahkan masalah praktis.

Solusi untuk masalah dinamika fluida melibatkan perhitungan sifat fluida, seperti kecepatan aliran, tekanan, kepadatan dan suhu, dan fungsi ruang dan waktu.

5- Optik

Optik berkaitan dengan sifat dan fenomena cahaya dan penglihatan yang terlihat dan tidak terlihat. Pelajari perilaku dan sifat cahaya, termasuk interaksinya dengan materi, di samping membangun instrumen yang sesuai.

Jelaskan perilaku cahaya tampak, ultraviolet, dan inframerah. Karena cahaya adalah gelombang elektromagnetik, bentuk lain dari radiasi elektromagnetik seperti sinar-X, gelombang mikro dan gelombang radio memiliki sifat yang serupa.

Cabang ini relevan dengan banyak disiplin ilmu terkait seperti astronomi, teknik, fotografi, dan kedokteran (opthalmologi dan optometri). Aplikasi praktisnya ditemukan dalam berbagai teknologi dan benda sehari-hari, termasuk cermin, lensa, teleskop, mikroskop, laser, dan serat optik.

6- Termodinamika

Cabang fisika yang mempelajari efek kerja, panas, dan energi dari suatu sistem. Ia lahir pada abad ke-19 dengan penampilan mesin uap. Ini hanya berurusan dengan pengamatan dan respons pada skala besar dari sistem yang dapat diamati dan diukur.

Interaksi gas skala kecil dijelaskan oleh teori kinetik gas. Metode saling melengkapi satu sama lain dan dijelaskan dalam termodinamika atau teori kinetik.

Hukum-hukum termodinamika adalah:

• Hukum Enthalpy : menghubungkan berbagai bentuk energi kinetik dan potensial, dalam suatu sistem, dengan pekerjaan yang dapat dilakukan sistem tersebut, ditambah perpindahan panas.
• Ini mengarah pada hukum kedua, dan definisi variabel negara lain disebut hukum entropi .
• Hukum nol menentukan keseimbangan termodinamika pada skala besar, suhu yang bertentangan dengan definisi skala kecil terkait dengan energi kinetik molekul.

Cabang fisika modern

7- Kosmologi

Ini adalah studi tentang struktur dan dinamika Semesta pada skala yang lebih besar. Selidiki asal, struktur, evolusi, dan tujuan akhir.

Kosmologi, sebagai ilmu, berasal dari prinsip Copernicus - benda langit mematuhi hukum fisik yang identik dengan Bumi - dan mekanika Newton, yang memungkinkan kita memahami hukum-hukum fisika tersebut.

Kosmologi fisik dimulai pada 1915 dengan pengembangan teori relativitas umum Einstein, diikuti oleh penemuan-penemuan pengamatan utama pada 1920-an.

Kemajuan dramatis dalam kosmologi observasional sejak 1990-an, termasuk latar belakang gelombang mikro kosmik, supernova jauh, dan survei pergeseran merah di galaksi, mengarah pada pengembangan model kosmologi standar.

Model ini mematuhi kandungan sejumlah besar materi gelap dan energi gelap yang terkandung di alam semesta, yang sifatnya belum didefinisikan dengan baik.

8- Mekanika kuantum

Cabang fisika yang mempelajari perilaku materi dan cahaya, pada skala atom dan subatomik. Tujuannya adalah untuk menggambarkan dan menjelaskan sifat-sifat molekul dan atom dan komponennya: elektron, proton, neutron, dan partikel esoterik lainnya seperti quark dan gluon.

Sifat-sifat ini termasuk interaksi partikel satu sama lain dan dengan radiasi elektromagnetik (cahaya, sinar-X dan sinar gamma).

Banyak ilmuwan berkontribusi pada pembentukan tiga prinsip revolusioner yang secara bertahap memperoleh penerimaan dan verifikasi eksperimental antara 1900 dan 1930.

• Properti terukur . Posisi, kecepatan, dan warna kadang-kadang hanya dapat terjadi dalam jumlah tertentu (seperti mengklik nomor dengan angka) Ini bertentangan dengan konsep mekanika klasik, yang mengatakan bahwa sifat-sifat seperti itu harus ada dalam spektrum yang datar dan kontinu. Untuk menggambarkan gagasan bahwa beberapa properti mengklik, para ilmuwan menciptakan kata kerja yang dikuantifikasi.
• Partikel cahaya . Para ilmuwan membantah 200 tahun percobaan dengan mendalilkan bahwa cahaya dapat berperilaku seperti partikel dan tidak selalu "seperti gelombang / gelombang di danau".
• Gelombang materi . Materi juga bisa berperilaku seperti gelombang. Ini ditunjukkan oleh 30 tahun percobaan yang mengklaim bahwa materi (seperti elektron) dapat eksis sebagai partikel.

9- Relativitas

Teori ini mencakup dua teori Albert Einstein: relativitas khusus, yang berlaku untuk partikel elementer dan interaksinya - menggambarkan semua fenomena fisik kecuali gravitasi - dan relativitas umum yang menjelaskan hukum gravitasi dan hubungannya dengan kekuatan lain dari alam

Ini berlaku untuk bidang kosmologis, astrofisika dan astronomi. Relativitas mengubah postulat fisika dan astronomi di abad ke-20, mengenyahkan 200 tahun teori Newton.

Dia memperkenalkan konsep-konsep seperti ruang-waktu sebagai entitas yang bersatu, relativitas simultanitas, pelebaran waktu kinematik dan gravitasi, dan kontraksi panjang.

Di bidang fisika, ia meningkatkan ilmu partikel elementer dan interaksi fundamentalnya, bersama dengan peresmian zaman nuklir.

Kosmologi dan astrofisika meramalkan fenomena astronomi yang luar biasa seperti bintang neutron, lubang hitam, dan gelombang gravitasi.

10-Fisika nuklir

Ini adalah bidang fisika yang mempelajari inti atom, interaksinya dengan atom dan partikel lain, dan konstituennya.

11-Biofisika

Secara formal itu adalah cabang biologi, meskipun berkaitan erat dengan fisika, karena mempelajari biologi dengan prinsip dan metode fisik.

12-Astrofisika

Secara formal itu adalah cabang astronomi, meskipun terkait erat dengan fisika, karena mempelajari fisika bintang-bintang, komposisi, evolusi, dan strukturnya.

13-Geofisika

Ini adalah cabang geografi, meskipun berkaitan erat dengan fisika, karena mempelajari bumi dengan metode dan prinsip-prinsip fisika.

Contoh penelitian masing-masing cabang

1- Akustik: investigasi UNAM

Laboratorium akustik Departemen Fisika Fakultas Sains UNAM melakukan penelitian khusus dalam pengembangan dan implementasi teknik yang memungkinkan studi tentang fenomena akustik.

Eksperimen yang paling umum termasuk media yang berbeda dengan struktur fisik yang berbeda. Cara-cara ini bisa berupa cairan, terowongan angin, atau penggunaan jet supersonik.

Investigasi yang saat ini terjadi di UNAM adalah spektrum frekuensi gitar, tergantung pada tempat dimainkannya. Sinyal akustik yang dipancarkan oleh lumba-lumba juga sedang dipelajari (Forgach, 2017).

2- Listrik dan magnet: efek medan magnet dalam sistem biologis

Universitas Distrik Francisco José Caldas, melakukan penelitian tentang efek medan magnet dalam sistem biologis. Semua ini untuk mengidentifikasi semua investigasi sebelumnya yang telah dilakukan pada subjek dan mengeluarkan pengetahuan baru.

Penelitian menunjukkan bahwa medan magnet Bumi bersifat permanen dan dinamis, dengan periode bergantian baik intensitas tinggi maupun rendah.

Mereka juga berbicara tentang spesies yang bergantung pada konfigurasi medan magnet ini untuk menyesuaikan diri, seperti lebah, semut, salmon, paus, hiu, lumba-lumba, kupu-kupu, kura-kura, antara lain (Fuentes, 2004).

3- Mekanika: tubuh manusia dan gravitasi nol

Selama lebih dari 50 tahun, NASA telah melakukan penelitian lanjutan tentang efek gravitasi nol pada tubuh manusia.

Investigasi ini telah memungkinkan banyak astronot untuk bergerak dengan aman di Bulan, atau hidup selama lebih dari setahun di Stasiun Luar Angkasa Internasional.

Penelitian NASA menganalisis efek mekanis yang dimiliki gravitasi nol pada tubuh, dengan tujuan menurunkannya dan memastikan bahwa astronot dapat dikirim ke tempat-tempat yang lebih jauh di tata surya (Strickland & Crane, 2016).

4- Mekanisme cairan: Efek Leidenfrost

Efek Leidenfrost adalah fenomena yang terjadi ketika setetes cairan menyentuh permukaan panas pada suhu yang lebih tinggi dari titik didihnya.

Mahasiswa PhD dari Universitas Liège membuat percobaan untuk mengetahui efek gravitasi pada waktu penguapan cairan, dan perilaku ini selama proses ini.

Permukaan awalnya dipanaskan dan dimiringkan bila perlu. Tetesan air yang digunakan dilacak dengan menggunakan cahaya inframerah, mengaktifkan servomotors setiap kali mereka menjauh dari pusat permukaan (Investigación y ciencia, 2015).

5- Optik: Pengamatan ritter

Johann Wilhelm Ritter adalah seorang apoteker dan ilmuwan Jerman, yang melakukan banyak percobaan medis dan ilmiah. Di antara kontribusinya yang paling menonjol di bidang optik adalah penemuan sinar ultraviolet.

Ritter mendasarkan penelitiannya pada penemuan cahaya infra merah oleh William Herschel pada tahun 1800, yang menentukan bahwa keberadaan cahaya yang tak terlihat adalah mungkin dan melakukan eksperimen dengan perak klorida dan berkas cahaya berbeda (Cool Cosmos, 2017) .

6- Termodinamika: energi matahari termodinamika di Amerika Latin

Penelitian ini berfokus pada studi sumber energi alternatif dan panas, seperti energi matahari, dengan proyeksi termodinamika energi surya sebagai sumber energi berkelanjutan sebagai minat utamanya (Bernardelli, 201).

Untuk tujuan ini, dokumen studi dibagi menjadi lima kategori:

1- Radiasi matahari dan distribusi energi di permukaan bumi.

2- Penggunaan energi matahari.

3- Latar belakang dan evolusi penggunaan energi surya.

4- Instalasi dan tipe termodinamika.

5- Studi kasus di Brasil, Chili dan Meksiko.

7- Kosmologi: Survei Energi Gelap

Survei Energi Gelap, atau Survei Energi Gelap, adalah studi ilmiah yang dilakukan pada tahun 2015, yang tujuan utamanya adalah untuk mengukur struktur skala besar alam semesta.

Dengan penelitian ini, spektrum dibuka untuk banyak penyelidikan kosmologis, yang bertujuan untuk menentukan jumlah materi gelap yang ada di alam semesta saat ini dan distribusinya.

Di sisi lain, hasil yang dilontarkan oleh DES bertentangan dengan teori tradisional tentang kosmos, yang dikeluarkan setelah misi ruang angkasa Planck, yang dibiayai oleh Badan Antariksa Eropa.

Penelitian ini mengkonfirmasi teori bahwa alam semesta saat ini tersusun atas 26% materi gelap.

Peta penentuan posisi juga dikembangkan yang secara akurat mengukur struktur 26 juta galaksi jauh (Bernardo, 2017).

8- Mekanika kuantum: teori informasi dan komputasi kuantum

Penelitian ini berupaya untuk menyelidiki dua bidang ilmu baru, seperti informasi dan komputasi kuantum. Kedua teori ini sangat mendasar bagi kemajuan perangkat telekomunikasi dan pemrosesan informasi.

Studi ini menyajikan keadaan komputasi kuantum saat ini, didukung oleh kemajuan yang dibuat oleh Quantum Computation Group (GQC) (López), sebuah lembaga yang didedikasikan untuk memberikan ceramah dan menghasilkan pengetahuan tentang subjek, berdasarkan yang pertama Turing mendalilkan tentang komputasi.

9- Relativitas: Eksperimen Icarus

Penelitian eksperimental Icarus, dilakukan di laboratorium Gran Sasso, Italia, membawa ketenangan ke dunia ilmiah dengan memverifikasi bahwa teori relativitas Einstein benar.

Investigasi ini mengukur kecepatan tujuh neutrino dengan seberkas cahaya yang diberikan oleh Pusat Penelitian Nuklir Eropa (CERN), menyimpulkan bahwa neutrino tidak melebihi kecepatan cahaya, seperti yang telah disimpulkan dalam percobaan sebelumnya di laboratorium yang sama.

Hasil ini berlawanan dengan yang diperoleh dalam percobaan sebelumnya oleh CERN, yang pada tahun-tahun sebelumnya menyimpulkan bahwa neutrino menempuh jarak 730 kilometer lebih cepat daripada cahaya.

Rupanya, kesimpulan yang sebelumnya diberikan oleh CERN adalah karena koneksi GPS yang buruk pada saat percobaan (El tiempo, 2012).