Introducere

Fizica este o știință a naturii, după cum indică și numele ei, care provine din limba greacă:

• physis înseamnă natură;

• physikos înseamnă al naturii.

Fizica studiază în general materia fără viață, proprietățile materiei și evoluția materiei.

Noțiuni fundamentale

Obiectul principal de studiu al Fizicii sunt corpurile.

Un corp poate fi orice obiect, de orice dimensiuni, în orice stare de agregare:

• obiecte solide, realizate artificial, cum ar fi piese, dispozitive, mecanisme;

• obiecte solide întâlnite în natură: roci, lemne;

• cantități de lichide, oricât de mici sau mari:

• apa dintr-un pahar;

• toată apa unui lac, mare sau ocean;

• cantități de gaze, oricât de mici sau mari:se atrag sau se resping;

• aerul conținut într-un balon;

• toată atmosfera terestră;

• corpuri cerești: planete, stele;

• particule microscopice: molecule, atomi, protoni, neutroni, electroni, ...

Corpurile au diverse proprietăți, care pot fi clasificate în:

1.   proprietăți generale:

• dimensiuni (lungime, lățime, înălțime, grosime, diametru, ...), perimetru, arie, volum – toate acestea putând fi denumite măsuri geometrice;

• forma geometrică:

• regulată: cub, paralelipiped, prismă, piramidă, cilindru, con, sferă;

• neregulată;

• poziția – locul din spațiu, unde se află un corp la un moment dat;

• viteza – arată cât de repede se deplasează un corp;

• masa – exprimă într-un anume fel cantitatea de substanță și se măsoară în kg;

• greutatea – arată cât de tare este atras în jos obiectul respectiv de către Pământ sau, eventual, alt corp ceresc. Greutatea este un tip de forță și se măsoară în N (Newtoni). Un obiect cu masa de 1kg are la noi pe Pământ o greutate de 9.81N, dar pe Lună devine mult mai ușor, având doar 1.63N.

  În anumite împrejurări un corp nu mai are greutate, dar își păstrează masa, deci masa și greutatea sunt noțiuni diferite, care nu trebuie confundate.

• densitatea;

• duritatea;

• compoziția chimică – din ce substanțe e alcătuit și în ce proporții;

• umiditatea;

• starea termică – temperatura;

• starea de agregare: solidă, lichidă, gazoasă, plasmă;

• temperatura de topire, de fierbere;

• presiunea;

• culoarea;

• textura suprafeței;

• aspectul suprafeței: lucioasă, mată;

• gustul;

• mirosul;

• uzura fizică – dacă este vorba de scule, unelte;

• uzura morală – dacă este vorba de diverse aparate sau instalații, care sunt sau nu depășite tehnologic;

• trăsături morale: bunăvoință, reavoință, generozitate, zgârcenie – dacă este vorba de persoane;

• valoarea estetică: frumos, urât;

2.   proprietăți fizice: sunt proprietățile pe care le au corpurile în mod obiectiv, adică indiferent de impresia subiectivă a celui care le observă. Lista de mai sus conține aproape în întregime proprietăți fizice. Am marcat excepțiile de proprietăți care nu sunt proprietăți fizice și rămân la categoria de proprietăți generale.

3.   mărimi fizice: sunt acele proprietăți fizice care se pot măsura și astfel se pot exprima cantitativ:

Toate măsurile geometrice (lungime, lățime, înălțime, arie, volum) se pot măsura, deci sunt mărimi fizice.

Forma geometrică se precizează, dar nu se măsoară. E o proprietate fizică, dar nu și o mărime fizică.

Obiectele pot fi cântărite. Masa și greutatea sunt mărimi fizice.

Chiar și culoarea poate fi exprimată într-un mod cantitativ, adică se poate măsura într-un fel. De exemplu lumina albastră are lungimea de undă de 450nm, verdele are 550nm, iar roșul 650nm. Valori apropiate, precum 440nm, 560nm sau 640nm corespund la anumite nuanțe de albastru, verde, roșu.

Gustul și mirosul nu sunt considerate mărimi fizice, neexistând vreo modalitate de a le măsura.

Sisteme de corpuri

În general, corpurile nu sunt izolate, ci alcătuiesc sisteme, în interiorul cărora corpurile interacționează, adică se influențează reciproc (fiecare din corpuri acționează asupra celorlalte). Un exemplu este sistemul solar, alcătuit din Soare și planete. Planetele se învârt în jurul Soarelui. De ce? Fiindcă au loc interacțiuni între Soare și planete: există o atracție reciprocă între Soare și planete. Altfel, planetele nu ar rămâne în sistemul solar, ci s-ar împrăștia prin Univers. Interacțiunile corpurilor sunt hotărâtoare pentru o anumită evoluție a întregului sistem.

Interacțiunile sunt și ele proprietăți fizice ale corpurilor.

Fenomene fizice

În general, corpurile din jurul nostru nu rămân neschimbate în decursul timpului. Ele își modifică proprietățile: își schimbă poziția (se deplasează), își modifică forma, se topesc, se evaporă, condensează, cristalizează, emit lumină, căldură...

Aceste modificări ale proprietăților fizice se numesc fenomene fizice sau procese fizice. Exemple:

• căderea corpurilor, mișcarea planetelor;

• înghețarea apei, topirea gheții; condensarea vaporilor, evaporarea apei;

• fulgerul, trăsnetul;

• emisia luminii, reflexia luminii, curcubeul;

Fenomenele fizice au loc mai ales datorită interacțiunilor corpurilor.

Legile fizice

Fenomenele fizice nu se produc la întâmplare, ci în anumite condiții și după niște reguli, care se numesc legi fizice. Legile fizice sunt niște adevăruri științifice stabilite după observații repetate ale fenomenelor fizice, generalizări, concluzii, verificări.

Un exemplu este legea gravitației. Această lege afirmă că:

• toate corpurile din Univers au proprietatea că se atrag între ele;

• atracția este cu atât mai puternică, cu cât corpurile au masă mai mare și sunt mai apropiate între ele.

Cunoaștere legilor fizice ajută la prezicerea unor fenomene fizice.

Experimentul fizic

Fenomenele fizice au loc peste tot în jurul nostru, dar ele pot fi reproduse într-un spațiu special amenajat, numit laborator, folosind mijloace experimentale. Scopul experimentului este de a observa, de a înțelege mai bine legile fizice, de a găsi aplicații utile ale acestor legi și eventual, de a dezvolta în continuare această știință.

Domenii ale Fizicii

În funcție de natura fenomenelor studiate, conținutul Fizicii se poate împărți în arii tematice (capitole):

• Fenomene mecanice (mecanica);

• Fenomene termice (termodinamica);

• Fenomene electrice și magnetice (electricitate și magnetism);

• Fenomene optice (optica).

Am enumerat aici doar capitolele care se studiază la nivelul I.

În mod logic, studiul Fizicii începe cu mecanica. 

Utilitatea Fizicii

Fizica are în principal aplicații tehnice. Toate mașinile, mecanismele, aparatele funcționează pe baza unor legi fizice. Prin aplicarea legilor fizice, fenomenele naturale sunt folosite în mod util.

Exemple:

• Fulgerele și trăsnetele sunt fenomene naturale înspăimântătoare, dar la ora actuală aceste fenomene naturale sunt utilizate pe scară largă în aplicații tehnice:

• Numeroase dispozitive produc scântei electrice pentru aprinderea focului, scânteile fiind niște fulgere în miniatură;

• Se folosesc aparate de sudură cu arc electric. Ele produc un fel de trăsnete cu durată mai lungă, spre a fi posibilă topirea și sudarea metalelor;

• În corpurile de iluminat cu descărcare în gaz se produc descărcări electrice controlate și susținute, care transformă gazul în plasmă și se obține lumină, fiindcă plasma este luminoasă. 

• Microparticulele (protoni, electroni, atomi, molecule) se atrag sau se resping și astfel formează legături între ele. Aceste interacțiuni fac să apară forțe și între obiectele mai mari:

  • magneții se atrag sau se resping;

  • obiectele electrizate se atrag sau se resping;

  • curentul electric produce efecte magnetice;

  • gazele încălzite fac presiune.

Motoarele (electrice sau termice) funcționează prin utilizarea forțelor care apar în asfel de cazuri.