Kapitel
- 01. Fysik och din telefon
- 02. Fysik och vatten
- 03. Fysik och människor
Många elever är oroliga för att studera fysik av anledningen att det handlar om de två mest fruktade skolämnena: matematik och naturvetenskap. Men det finns både lättare och svårare aspekter som är viktigt att ha i åtanke.
Superprof ger dig här fantastiska och roliga anekdoter, plus fakta, om fysik. Du kommer att få ta del av aspekter av denna vetenskap varför den är spännande för så många. Hitta en fysik- och matematikhandledare och lär dig uppskatta vetenskapen ännu mer. Förhoppningsvis kommer du i slutet av denna artikel att vara lite mer intresserad av detta spännande ämnesområde!
Fysik och din telefon
I dag behöver man inte vara raketforskare eller ha en examen i astrofysik för att använda ett högteknologiskt föremål som en smartphone faktiskt är, även om det finns en mängd fysik involverad i deras koncept och drift.
Har du någonsin undrat hur beröringen av telefonens skärm kan få saker och ting att hända?
Först lite bakgrund för att förstå fysik bättre:
Människor är elektriska varelser – i våra kroppar finns det positiva och negativa laddningar som skickar meddelanden längs vårt nervsystem, reglerar vårt hjärtslag och till och med skyddar enskilda celler. Dessa positivt eller negativt laddade joner är särskilt tydliga när vi berör något med en motsatt elektrisk laddning, särskilt på vintern.
Statisk elektricitet är en elektrisk laddningsuppbyggnad som väntar på utsläpp – i motsats till el som flödar från vägguttag till enheter som kräver det.
Friktion kommer att generera en uppbyggnad av elektroner som frigörs när du vidrör något med motsatt laddning, till exempel ett dörrhandtag. Elektrisk aktivitet i våra hjärnor kan mätas med EEG (elektroencefalografi) som konstigt nog fungerar på samma grundprincip som våra smartphoneskärmar! EEG och smartphone-resultat beror båda på jonström.
Elektronerna i dina fingertoppar skickar laddade elektroner till din telefons skärm, vilket gör att den elektriska kretsen på den punkten öppnas och en programmerad sensor för att utföra åtgärden, kodad i telefonens programvara, sätts i rullning. Det är därför du inte kan använda din smartphone med nageln eller ett suddgummi, för de har nämligen inte rätt elektrisk laddning! Du kan inte heller trycka för att spela din favoritvideo med handskar på om du inte har speciella handskar som tillåter ledning av joner genom tyget.
En annan rolig fysikrelaterad anekdot angående telefoner är att de använder sig av Einsteins relativitetsteori.
GPS-navigering beror på faktorerna som utgör vår mest kända fysikers fantastiska formel: energi, massa och hastighet (tid).
Om du inte har lagt märke till det tidigare så är din telefon ständigt kontrollerad av minst fyra exakt kalibrerade satelliter som mäter avståndet du har rest mellan exakt tidsinställda signalpulser och tillämpar din positionering på kända kartor.
Du kan mycket väl stänga av telefonens positionstjänster men din positionsinformation fortsätter att finnas ute i etern i alla fall.
Lär dig nya fysikrelaterade ord med hjälp av vår ordlista!
Fysik och vatten
Låt oss dyka i med huvudet före och upptäcka ytspänning och ljusbrytning! Begreppet ytspänning är separat från flotation, vilket innebär att objektet som flyter i ämnet är mer flytande än själva ämnet. Trä är till exempel mycket mindre tätt än vatten, vilket tillåter att det flyter. Om en trädgren som flyter i floden absorberar tillräckligt med vatten skulle den däremot bli tyngre och så småningom sjunka.
Gelatin har en relativt hög ytspänning, vilket innebär att du måste gräva i din efterrätt snarare än att skumma över ytan, som du kan med glass. Vatten har den fantastiska egenskapen att även om det är en sammanhängande kropp, har varje vattenmolekyl en ytspänning! Ytspänningen är en kraft som är riktad inåt mot vätskan och ger därmed skenet av att ytan är svagt böjd (konkav) om den betraktas från sidan. Det har att göra med att vatten saktar ner ljuset och när det når ditt öga får du inte hela bilden.
När ljus passerar genom vattnet färdas dess protoner endast med 3/4 hastighet.
Det betyder inte att klassisk fysik är fel, för ljus reser snabbt, i vakuum. Låt oss nu prata om en vattenmassa som inte har mer ytspänning än någon annan, men som är ännu tätare än någon annan på jorden.
Döda havets saltinnehåll är sådant att även om du inte kan se saltkristallerna flyta runt i vattnet, utgör deras kroppar en sådan täthet att en genomsnittlig människa inte kan sjunka! Det leder till följdfrågan – varför sjunker drunknande kroppar och flyter sedan tillbaka upp till ytan? Orsaken till att man drunknar är för att lungorna fylls med vatten, vilket gör kroppen tyngre än vattnet. När kroppen bryts ned fylls den med gas, vilket gör den lättare än vatten.
Ett sista, men kanske det mest kända exemplet, på hur vatten hjälpte till att driva vetenskapen framåt. Nämligen Arkimedes och hans badkar. Arkimedes fick i uppdrag att beräkna om krontillverkaren hade lurat kungen genom att blanda silver med det guld som kungen hade tillhandahållit för sin nya krona, men han fick inte smälta kronan för att testa dess innehåll. När han funderade över problemet i sitt bad märkte han att vattennivån steg i lika mycket som kroppens volym. Således resonerade han att han kunde sänka kronan i fråga, mäta vattnets förskjutning och beräkna kronans densitet. Guld är mycket tätare än metall och silver som du kanske vet. Glad för sin upptäckt, rusade han upp ur badet och sprang naken genom Syrakusas gator, ropandes "Heureka!" vilket är den antika grekiska motsvarigheten till "Jag har det!"
Lär dig mer om Arkimedes princip, tillsammans med andra viktiga begrepp inom fysiken här!
Fysik och människor
Stephen Hawking öppnade dörren till två fascinerande områden inom fysikstudier: kondenserad materias fysik och aspekter av kosmologi. Bland annat svarta hål, mörk materia och Hawkingstrålning.
Visste du att hela mänskligheten kan kondenseras till något som ryms på storleken av en vanlig sockerbit?
Vi består alla av atomer: protoner, elektroner och neutroner, och en hel del tomt utrymme mellan dem. Om vi skulle ta bort det utrymmet i varje mänsklig kropp, skulle hela mänskligheten vara lika stor som en sockerbit, men den skulle vara oerhört tung eftersom den skulle vara extremt tät! Rymden fungerar lite på det sättet också: det vi kan se utgör endast cirka 5% av hela universum. Det är inte så att vi behöver bättre teleskop eller utrustning – utan det mesta universum består av är rymden –som är fylld med mörk energi och mörk materia.
Nästa gång du häller upp ett glas cola eller annan kolsyrad dryck, kan du tänka på en bubblas livscykel. Den bildar till synes ingenting, stiger upp till toppen och släpper sin lilla, gasformiga belastning. Samma sak händer i rymden, ett fenomen som kallas kvantskum. Kvantskum är en företeelse som utspelar sig på planckskalenivå 10⁻³⁵ m. Namnet kvantskum myntades av fysikern John Archibald Wheeler, år 1955. I den extremt småskaliga miljön råder ett kaotiskt tillstånd. Skulle man kunna zooma in och titta på denna miljö, rumtidsväven, skulle det se ut som ett stormpiskat hav. Den anklagas för att ständigt bryta fysikens lagar, men ingen vet varför deras handling inte påverkar andra aspekter av kosmologiska händelser eller balans.
Och sedan finns det svarta hål. Den allmänna relativitetsteorin förutspår att en tillräckligt kompakt massa, kanske en med utrymmet som sugs ut från sina atomer som beskrivits ovan, kan deformera rymdtiden och orsaka en sådan gravitationskraft att ingenting, inte ens ljus, kan undkomma den. Den senaste stora forskaren av detta kosmiska fenomen, Stephen Hawking, förutsatte inte bara att svarta hål avger strålning utan att de behåller spårminnet för varje kosmisk händelse som faller in i dem. Hawkings senaste offentliga teori diskuterade gravitationsvågor till följd av kollisionen mellan två neutronstjärnor, en enorm upptäckt för astrofysiker!
Du behöver inte vara Sheldon, Leonard, Raj eller Stephen Hawking för att uppskatta teoretisk fysik och vårt universum. Du behöver inte heller vara Howard för att älska vetenskapen bakom statistisk matematik, elektricitet och magnetism. Här är några fler fysiker och deras upptäckter!
Vi människor är den förkroppsligande fysiken, full av elektricitet och magnetism, med en osäkerhetsprincip som kastas in lite då och då. Nu när du är insatt inom ämnet så behöver du bara bestämma ditt utbildningsområde:
- Fasta tillståndets fysik
- Kvantelektrodynamik
- Matematisk fysik
- Kärnfysik
- Termodynamik
- Tillämpad fysik
- Partikelfysik
Alla kan lära sig allt om fysik. Vad sägs om en experimentell fysikkurs eller kvantfysik?
Plattformen som kopplar samman privatlärare och elever
Tycker du om artikeln? Visa det gärna!
Loading...
