I allmänhet är nyckelbegrepp byggstenarna som lärare gärna betonar vikten av, med avsikt att få dem att fastna – vare sig det är tills tentan är avklarad eller under en hel livstid.
Var och en av oss har säkert vissa nyckelbegrepp inpräntade i våra hjärnor oavsett hur lång tid det har gått sedan vår akademiska erfarenhet.
Till exempel känner vi alla till de grammatiska reglerna, eller hur?
Fysik som akademiskt ämne är inte annorlunda vad gäller regler och begrepp.
Det finns regler och begrepp som lägger grunden för vidare studier inom fysik; begrepp som måste präntas in innan någon djupare förståelse av ämnet kan uppnås. Den goda nyheten är att när dessa grundläggande kunskaper faktiskt har satt sig, är det dags att tillämpa dem i ytterligare studier!
För att hjälpa dig i din strävan av att förstå viktiga fysikbegrepp belyser och förklarar Superprof dem alla.
Lär dig mer genom en förberedande kurs i fysik!
Elementär information inom fysik
Det finns fyra grundläggande naturkrafter som styr varje fysisk interaktion, vare sig det handlar om atom- eller subatomära partiklar
De grundläggande krafterna är gravitation, elektromagnetism och kärnkraften, både den svaga och starka.
1. Av alla krafter är gravitationen den mest utbredda men svagaste i storlek. Gravitationen verkar mellan alla kroppar och dess påverkan beror på om massan är stor eller liten. Reglerna och egenskaperna hos denna kraft beskrivs i Einsteins relativitetsteori.
Vår planets omloppsbana runt solen, och månens omloppsbana runt jorden, drivs t.ex av gravitationen.
2. Svag interaktion avser kärnkraften, i synnerhet som beskriver benägenheten att skapa beta-förfall.
Beta förfall är när en proton förvandlas till en neutron eller vice versa.
Att få eller förlora en elektrisk laddning är avgörande eftersom den tillåter atomen att svänga mot ett optimalt förhållande av protoner och neutroner, vilket gör att den blir och förblir stabil – förutsatt att reaktionen kontrolleras.
Fenomenet kontrolleras genom nästa naturkraft på vår lista.
3. Elektromagnetism är den vanligaste kraften i vår värld; det vill säga: vi kan märka dess effekter utan att nödvändigtvis ta på oss testutrustning för att se dem.
Elektrostatiska krafter arbetar på partiklar i vila, vilket betyder att de inte rör sig. Både magnetism och elektricitet arbetar med rörliga partiklar.
Termen elektromagnetism myntades i mitten av 1800-talet när den skotska fysikern James Clerk Maxwell bevisade (genom ekvationer) att ljus, elektricitet och magnetism, alla finns i samma medium.
Han konstaterade vidare att elektromagnetiska vågor rör sig med ljusets hastighet.
Lär dig mer om banbrytande fysiker och deras upptäckter!
4. Den sista av de fyra styrkorna, den starka kraften, håller protoner och neutroner ihopbundna. Den är så stark att den, snarare än att tillåta delningar av liknande laddade partiklar, håller dem ihop – även om de helst stöts bort från varandra.
Många fysiker tror att dessa fyra krafter i själva verket är ett uttryck av en större, enande kraft som ännu inte upptäckts och namngets.
Elektricitet, magnetism och den svaga kraften utgör tillsammans den elektriska kraften, men att införliva tyngdkraften visar sig vara lite av en utmaning, kallad kvanttyngd.
Hittills har ingen av de teorier som kan ta itu med kvanttyngdkraften gåtts igenom.
Hitta en fysikhandledare för att förstå världen bättre, det finns kurser fysik Lund baserat på privatlektioner där du kan fokusera på just det du tycker är intressant.
Vågor bär energi
Har du någonsin hört talas om ljudvågor? Vad sägs om seismiska vågor? Dessa och andra vågor har en direkt mätbar effekt. Ljudvågor kan höras, seismiska vågor kan kännas genom marken och orsakar jordbävningar; till och med ljus färdas i vågor!
Kanske ett mer synligt exempel är vågorna du kan se från stranden: de slår mot havsbotten och reducerar materian till fin sand.
Gravitationsvågor är en annan sorts vågor och de är särskilt spännande! Dessa orsakas nämligen av de mest explosiva, energiska processerna i vårt kosmos. Einstein förutspådde dem för över 100 år sedan, genom sin allmänna relativitetsteori.
Kan du föreställa dig den stolthet kosmologer kände när de faktiskt bevisade en teori, efter årtionden av ren idé?
Universum då?
Planeter, stjärnor och mörk materia är det som universum består av, men på en mer grundläggande nivå består den av energi också. Materian i rymden kan vara så liten som dammpartiklar eller stor som en galax och energin tar många olika former: gravitationsenergi och den nyligen postulerade mörka energin.
I själva verket är det denna mörka energi som tros driva expansionen av vårt universum...
Vi har materia och vi har energi; nu lägger vi till kraft! Varje utveckling av universum beror på dessa tre faktorer.
Fysikbegrepp som avser mätning
Fysikens lära går ut på att förstå hur vårt universum fungerar, på den subatomära nivån, på vår planet och inom kosmos.
Dessa studier involverar grundläggande fysikbegrepp, till exempel hur materien rör sig genom tid och rum, deras energi och hur kraften påverkar den materien.
Att fånga avvikelser i en observerad fråga är en sak; för att förklara hur och varför de ändras måste exakta beräkningar göras. Man kan dock inte använda samma måttskala för att registrera en planets bana (kilometer) och för att notera en temperaturskillnad (Kelvin, Rankin, Celsius och Fahrenheit).
Obs: USA är det enda stora landet som officiellt använder Fahrenheit-temperaturskalan!
Oavsett vad landets officiella mätstandarder är, registrerar vetenskapssamhället några av sina resultat med hjälp av en internationell måttenhet som kallas SI-enheter.
SI står för Système Internationale d'Unités, - det är skrivet på franska men du förstår säkert vad det innebär!
Detta system innehåller riktlinjer för varje typ av mätning:
• Längd uttrycks i meter
• Tiden är uppdelad i sekunder
• Vikt (massa) anges i kilogram
• Temperaturen mäts på Kelvin-skalan
• Elektrisk ström anges i Amperes
• Mol är SI-enheten för substansmängd.
Naturligtvis väger inte allt minst ett kilo och elektrisk ström startar inte alltid på en ampere, så decimaler och exponenter spelar roll! När man ska skriva ned, säga, 1 nanometer, så skriver man det som 1 med 8 nollor bakom en decimalpunkt (0,000000001), den mätningen benämns helt enkelt som 'n'.
Det finns åtta standardprefix med komplementära förkortningar i fysikens lära, för att beteckna exponentiella värden:
| Prefix | Förkortning | Exponent | Talvärde |
|---|---|---|---|
| tera | T | 12 | 1 000 000 000 000 |
| giga | G | 9 | 1 000 000 000 |
| mega | M | 6 | 1 000 000 |
| kilo | k | 3 | 1 000 |
| hekto | h | 2 | 100 |
| deka | da | 1 | 10 |
| deci | d | -1 | 0,1 |
| centi | c | -2 | 0,01 |
| milli | m | -3 | 0,001 |
| mikro | µ | -6 | 0,000 001 |
| nano | n | -9 | 0,000 000 001 |
| pik | p | -12 | 0,000 000 000 001 |
Observera att även om användningen av prefix hjälper till att göra ekvationer hanterbara, måste varje enhet uttryckt med ett prefix omvandlas tillbaka till ett faktiskt numeriskt värde för att lösa ekvationen.
Man kan enkelt mäta massan på ett föremål eller den tid det tar att resa ett visst avstånd, men vad sägs om att mäta kraften som driver det. Energin som den expanderar med, frekvensen på vågorna eller dess elektriska laddning?
I nästa tabell kan du se alla dessa enheter: deras namn, vad de representerar och förkortningen som används för att visa hur de uttrycks.
| Måttenhet | Förkortning | Vad mäter den? |
|---|---|---|
| Joule | J | Energi |
| Watt | W | Effekt |
| Pascal | pa | Tryck |
| Newton | N | Kraft |
| Hertz | hz | Frekvens |
| Ohm | Elektrisk resistens | |
| Volt | V | Elektrisk potentialskillnad |
| Coulomb | C | Elladdning |
| Tesla | T | Magnetisk flödestäthet |
Lär dig mer om fysiken och bli många enheter smartare!
Huvudlagar och formler inom fysik
Varje handling följs av en lika och motsatt reaktion.
Uttrycket som vanligtvis används i vardagliga konversationer, likväl som ett uttalande om karma och vedergällning, är faktiskt Newtons tredje rörelselag.
De andra två är:
- Ett objekt i vila tenderar att stanna i vila om inte motiverat att röra sig av en extern kraft.
- Förändringshastigheten i momentum är direkt relaterad till den kraft som används.
Sir Isaac Newton, en av arkitekterna bakom klassisk fysik, upprättade dessa lagar för mer än 330 år sedan efter långa observationer av materiens rörelse och de krafter som agerar med den.
Klassisk fysik? Ta reda på vad det betyder här i vår ordlista av fysiktermer!
Medan de verkar självklara och till och med förenklade, fanns det vid dessa lagstiftningar inte några grundläggande regler som reglerade fysiken, än mindre en enhetlig standard för massa i rörelse.
Med Albert Einstein, en annan viktig person bakom ämnet vi kallar fysik, uppstod möjligen den mest berömda ekvationen genom tiderna i hans teori om speciell relativitet: E = mc2.
Så elegant och till synes enkel som den är, så finns det två fysiska sanningar:
- Relativitetsteorin säger att fysiska lagar gäller lika i alla situationer.
- I ett vakuum är ljusets hastighet konstant, oberoende av ljuskällans rörelse.
Det som är helt fantastiskt är att dessa lagar har stått emot alla prövningar genom tiderna och har bevisats om och om igen!
Vilka andra stora fysiker har haft en sådan stor inverkan på fysikens lära?
Andra huvudsatser inom fysik som är bra att veta
De Termodynamikens huvudsatser:
- Den första lagen illustrerar dynamiken mellan systemets interna energi, tillsatt värme och dess arbete.
- Den andra lagen beskriver det naturliga värmeflödet i ett slutet system
- Den tredje lagen säger att alla skapade termodynamiska processer i sin natur kommer att drabbas av värmeförlust och därmed aldrig uppnå perfekt effektivitet.
- Zeroeth-lagen möjliggör begreppet temperatur.
Dessa lagar har också sitt ursprung i mitten av 1600-talet och gäller än idag.
Elektrostatiska krafter
Två lagar styr de elektriskt laddade partiklarnas skapande av elektrostatisk kraft samt fält. Och de är:
Coulombs lag, som säger att lika laddade föremål avvisar varandra och motsatser lockar.
Gauss lag för det magnetiska fältet. Gauss lag för magnetiska fält säger därför att ytintegralen av det magnetiska fältet över en sluten yta alltid är noll: det kan aldrig finnas någon magnetisk laddning att innesluta. En följd av detta är att magnetiska fältlinjer alltid är slutna (dvs inte har några ändar).Lagarna är döpta efter sina författare; Charles Coulomb, en fransk fysiker och Carl Friedrich Gauss, en tysk matematiker.
När den sträcker sig över varje nationalitet och sträcker sig över århundraden, måste studien om fysik, även på den subatomära nivån, nödvändigtvis följa vissa regler och standarder.
Nu när du har en förståelse för dessa fysikbegrepp som krävs för att kunna ta fysikstudier, varför inte gå vidare med att lära dig allt om fysik?
Tycker du om artikeln? Visa det gärna!
Loading...
