I 13 RAMI DELLA FISICA CLASSICA E MODERNA - FISICO - 2025

Tra i rami della fisica classica e moderna possiamo evidenziare l'acustica, l'ottica o la meccanica nel campo più primitivo, e la cosmologia, la meccanica quantistica o la relatività in quelli di applicazione più recente.

La fisica classica descrive le teorie sviluppate prima del 1900 e la fisica moderna gli eventi che si sono verificati dopo il 1900. La fisica classica si occupa di materia ed energia, su scala macroscopica, senza addentrarsi negli studi più complessi dei quantistici. della fisica moderna.

Max Planck, uno degli scienziati più importanti della storia, ha segnato la fine della fisica classica e l'inizio della fisica moderna con la meccanica quantistica.

Rami della fisica classica

1- Acustica

L'orecchio è lo strumento biologico per eccellenza per ricevere determinate vibrazioni dell'onda e interpretarle come suono.

L'acustica, che si occupa dello studio del suono (onde meccaniche in gas, liquidi e solidi), è correlata alla produzione, controllo, trasmissione, ricezione ed effetti del suono.

La tecnologia acustica include la musica, lo studio dei fenomeni geologici, atmosferici e sottomarini.

La psicoacustica studia gli effetti fisici del suono sui sistemi biologici, presenti da quando Pitagora udì, per la prima volta, i suoni di corde vibranti e martelli che colpivano le incudini nel VI secolo a.C. Ma lo sviluppo più scioccante in medicina è la tecnologia a ultrasuoni.

2- Elettricità e magnetismo

Elettricità e magnetismo provengono da un'unica forza elettromagnetica. L'elettromagnetismo è una branca della scienza fisica che descrive le interazioni di elettricità e magnetismo.

Il campo magnetico è creato da una corrente elettrica in movimento e un campo magnetico può indurre il movimento di cariche (corrente elettrica). Le regole dell'elettromagnetismo spiegano anche i fenomeni geomagnetici ed elettromagnetici, descrivendo come interagiscono le particelle cariche di atomi.

In precedenza, l'elettromagnetismo veniva sperimentato sulla base degli effetti dei fulmini e delle radiazioni elettromagnetiche come effetto di luce.

Il magnetismo è stato a lungo utilizzato come strumento fondamentale per la navigazione guidata dalla bussola.

Il fenomeno delle cariche elettriche a riposo è stato rilevato dagli antichi romani, che hanno osservato il modo in cui un pettine sfregato attirava le particelle. Nel contesto di cariche positive e negative, cariche simili si respingono e cariche diverse si attraggono.

Potresti essere interessato a saperne di più su questo argomento scoprendo gli 8 tipi di onde elettromagnetiche e le loro caratteristiche.

3- Meccanica

È correlato al comportamento dei corpi fisici, quando sono soggetti a forze o spostamenti, e ai conseguenti effetti dei corpi nel loro ambiente.

All'alba del modernismo, gli scienziati Jayam, Galileo, Kepler e Newton gettarono le basi per quella che oggi è conosciuta come meccanica classica.

Questa sotto-disciplina si occupa del movimento di forze su oggetti e particelle che sono a riposo o si muovono a velocità significativamente inferiori a quella della luce. La meccanica descrive la natura dei corpi.

Il termine corpo comprende particelle, proiettili, astronavi, stelle, parti di macchinari, parti di solidi, parti di fluidi (gas e liquidi). Le particelle sono corpi con poca struttura interna, trattati come punti matematici nella meccanica classica.

I corpi rigidi hanno dimensione e forma, ma mantengono una semplicità vicina a quella della particella e possono essere semirigidi (elastici, fluidi).

4- Meccanica dei fluidi

La meccanica dei fluidi descrive il flusso di liquidi e gas. La fluidodinamica è il ramo da cui emergono sotto-discipline come l'aerodinamica (lo studio dell'aria e altri gas in movimento) e l'idrodinamica (lo studio dei liquidi in movimento).

La fluidodinamica è ampiamente applicata: per il calcolo delle forze e dei momenti negli aeroplani, la determinazione della massa del fluido petrolifero attraverso le condutture, oltre alla previsione dei modelli meteorologici, la compressione delle nebulose nel modellazione dello spazio interstellare e della fissione delle armi nucleari.

Questo ramo offre una struttura sistematica che comprende leggi empiriche e semi-empiriche derivate dalla misurazione del flusso e utilizzate per risolvere problemi pratici.

La soluzione a un problema di fluidodinamica implica il calcolo delle proprietà del fluido, come la velocità del flusso, la pressione, la densità e la temperatura e le funzioni dello spazio e del tempo.

5- Ottica

L'ottica si occupa delle proprietà e dei fenomeni della luce e della visione visibili e invisibili. Studia il comportamento e le proprietà della luce, comprese le sue interazioni con la materia, oltre a costruire strumenti appropriati.

Descrive il comportamento della luce visibile, ultravioletta e infrarossa. Poiché la luce è un'onda elettromagnetica, altre forme di radiazione elettromagnetica come i raggi X, le microonde e le onde radio hanno proprietà simili.

Questo ramo è rilevante per molte discipline correlate come l'astronomia, l'ingegneria, la fotografia e la medicina (oftalmologia e optometria). Le sue applicazioni pratiche si trovano in una varietà di oggetti e tecnologie di uso quotidiano, inclusi specchi, lenti, telescopi, microscopi, laser e fibre ottiche.

6- Termodinamica

Filiale della fisica che studia gli effetti del lavoro, del calore e dell'energia in un sistema. Nasce nel XIX secolo con la comparsa del motore a vapore. Si occupa solo dell'osservazione e della risposta su larga scala di un sistema osservabile e misurabile.

Le interazioni gassose su piccola scala sono descritte dalla teoria cinetica dei gas. I metodi si completano a vicenda e sono spiegati in termini di termodinamica o teoria cinetica.

Le leggi della termodinamica sono:

• Legge dell'entalpia: mette in relazione le varie forme di energia cinetica e potenziale, in un sistema, con il lavoro che il sistema può fare, più il trasferimento di calore.
• Questo porta alla seconda legge e alla definizione di un'altra variabile di stato chiamata legge dell'entropia .
• La legge zero definisce l'equilibrio termodinamico su larga scala, della temperatura in contrapposizione alla definizione su piccola scala relativa all'energia cinetica delle molecole.

Rami della fisica moderna

7- Cosmologia

È lo studio delle strutture e delle dinamiche dell'Universo su scala più ampia. Indagare la sua origine, struttura, evoluzione e destinazione finale.

La cosmologia, come scienza, ha avuto origine dal principio di Copernico - i corpi celesti obbediscono a leggi fisiche identiche a quelle della Terra - e dalla meccanica newtoniana, che ci ha permesso di comprendere queste leggi fisiche.

La cosmologia fisica iniziò nel 1915 con lo sviluppo della teoria della relatività generale di Einstein, seguita da grandi scoperte osservative negli anni '20.

I drammatici progressi nella cosmologia osservativa dagli anni '90, tra cui lo sfondo cosmico a microonde, supernove distanti e rivolte verso il rosso della galassia, hanno portato allo sviluppo di un modello standard di cosmologia.

Questo modello aderisce al contenuto di grandi quantità di materia oscura ed energie oscure contenute nell'universo, la cui natura non è ancora ben definita.

8- Meccanica quantistica

Ramo della fisica che studia il comportamento della materia e della luce, su scala atomica e subatomica. Il suo obiettivo è descrivere e spiegare le proprietà delle molecole e degli atomi e dei loro componenti: elettroni, protoni, neutroni e altre particelle più esoteriche come quark e gluoni.

Queste proprietà includono le interazioni delle particelle tra loro e con la radiazione elettromagnetica (luce, raggi X e raggi gamma).

Diversi scienziati hanno contribuito alla creazione di tre principi rivoluzionari che hanno gradualmente ottenuto l'accettazione e la verifica sperimentale tra il 1900 e il 1930.

• Proprietà quantificate . Posizione, velocità e colore a volte possono verificarsi solo in quantità specifiche (come fare clic su un numero per numero). Ciò è in contrasto con il concetto della meccanica classica, che afferma che tali proprietà devono esistere su uno spettro piatto e continuo. Per descrivere l'idea che alcune proprietà fanno clic, gli scienziati hanno coniato il verbo quantificare.
• Particelle di luce . Gli scienziati hanno confutato 200 anni di esperimenti postulando che la luce può comportarsi come una particella e non sempre "come onde / onde in un lago".
• Onde di materia . La materia può anche comportarsi come un'onda. Ciò è dimostrato da 30 anni di esperimenti che affermano che la materia (come gli elettroni) può esistere come particelle.

9- Relatività

Questa teoria comprende due teorie di Albert Einstein: la relatività speciale, che si applica alle particelle elementari e alle loro interazioni - descrivendo tutti i fenomeni fisici eccetto la gravità - e la relatività generale che spiega la legge di gravitazione e la sua relazione con le altre forze di natura.

Si applica al regno della cosmologia, dell'astrofisica e dell'astronomia. La relatività ha trasformato i postulati della fisica e dell'astronomia nel XX secolo, bandendo 200 anni di teoria newtoniana.

Ha introdotto concetti come lo spaziotempo come entità unificata, la relatività della simultaneità, la dilatazione cinematica e gravitazionale del tempo e la contrazione della longitudine.

Nel campo della fisica, ha migliorato la scienza delle particelle elementari e delle loro interazioni fondamentali, insieme all'inaugurazione dell'era nucleare.

La cosmologia e l'astrofisica hanno predetto straordinari fenomeni astronomici come stelle di neutroni, buchi neri e onde gravitazionali.

10-Fisica nucleare

È un campo della fisica che studia il nucleo atomico, le sue interazioni con altri atomi e particelle e i suoi costituenti.

11-Biofisica

Formalmente, è una branca della biologia, sebbene sia strettamente correlata alla fisica, poiché studia la biologia con principi e metodi fisici.

12-Astrofisica

Formalmente, è una branca dell'astronomia, sebbene strettamente correlata alla fisica, in quanto studia la fisica delle stelle, la loro composizione, evoluzione e struttura.

13-Geofisica

È un ramo della geografia, sebbene sia strettamente correlato alla fisica, poiché studia la Terra con i metodi ei principi della fisica.

Esempi di ricerca da ogni ramo

1- Acustica: ricerca UNAM

Il laboratorio di acustica del Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze dell'UNAM svolge attività di ricerca specializzata nello sviluppo e nell'implementazione di tecniche che consentono lo studio dei fenomeni acustici.

Gli esperimenti più comuni includono diversi media con strutture fisiche dissimili. Questi mezzi possono essere fluidi, gallerie del vento o l'uso di un getto supersonico.

Un'indagine attualmente in corso presso UNAM è lo spettro di frequenze di una chitarra, a seconda di dove viene suonata. Sono allo studio anche i segnali acustici emessi dai delfini (Forgach, 2017).

2- Elettricità e magnetismo: effetto dei campi magnetici nei sistemi biologici

L'Università distrettuale Francisco José Caldas conduce ricerche sull'effetto dei campi magnetici sui sistemi biologici. Tutto questo al fine di identificare tutte le ricerche precedenti che sono state fatte sull'argomento e di rilasciare nuove conoscenze.

La ricerca indica che il campo magnetico terrestre è permanente e dinamico, con periodi alternati di alta e bassa intensità.

Parlano anche delle specie che dipendono dalla configurazione di questo campo magnetico per orientarsi, come api, formiche, salmoni, balene, squali, delfini, farfalle, tartarughe, tra gli altri (Fuentes, 2004).

3- Meccanica: corpo umano e gravità zero

Per più di 50 anni, la NASA ha condotto ricerche sugli effetti della gravità zero sul corpo umano.

Queste indagini hanno permesso a molti astronauti di muoversi in sicurezza sulla Luna, o di vivere per più di un anno sulla Stazione Spaziale Internazionale.

La ricerca della NASA analizza gli effetti meccanici che la gravità zero ha sul corpo, con l'obiettivo di ridurli e garantire che gli astronauti possano essere inviati in luoghi più remoti del sistema solare (Strickland & Crane, 2016).

4- Meccanica dei fluidi: effetto Leidenfrost

L'effetto Leidenfrost è un fenomeno che si verifica quando una goccia di un fluido tocca una superficie calda, ad una temperatura superiore al suo punto di ebollizione.

I dottorandi dell'Università di Liegi hanno creato un esperimento per scoprire gli effetti della gravità sul tempo di evaporazione di un fluido e il suo comportamento durante questo processo.

La superficie è stata inizialmente riscaldata e inclinata quando necessario. Le goccioline d'acqua utilizzate sono state tracciate mediante luce infrarossa, attivando i servomotori ogni volta che si allontanavano dal centro della superficie (Research and Science, 2015).

5- Ottica: le osservazioni di Ritter

Johann Wilhelm Ritter era un farmacista e scienziato tedesco, che condusse numerosi esperimenti medici e scientifici. Tra i suoi contributi più notevoli al campo dell'ottica c'è la scoperta della luce ultravioletta.

Ritter ha basato la sua ricerca sulla scoperta della luce infrarossa da parte di William Herschel nel 1800, determinando così che l'esistenza di luci invisibili era possibile e conducendo esperimenti con cloruro d'argento e diversi fasci di luce (Cool Cosmos, 2017) .

6- Termodinamica: energia solare termodinamica in America Latina

Questa ricerca si concentra sullo studio di fonti alternative di energia e calore, come l'energia solare, avendo come principale interesse la proiezione termodinamica dell'energia solare come fonte di energia sostenibile (Bernardelli, 201).

A tal fine, il documento di studio è suddiviso in cinque categorie:

1- Radiazione solare e distribuzione dell'energia sulla superficie terrestre.

2- Usi dell'energia solare.

3- Background ed evoluzione degli usi dell'energia solare.

4- Installazioni e tipologie termodinamiche.

5- Casi di studio in Brasile, Cile e Messico.

7- Cosmologia: sondaggio sull'energia oscura

The Survey on Dark Energy o Dark Energy Survey, era uno studio scientifico condotto nel 2015, il cui scopo principale era misurare la struttura su larga scala dell'universo.

Con questa indagine, lo spettro è stato aperto a numerose indagini cosmologiche, che cercano di determinare la quantità di materia oscura presente nell'universo attuale e la sua distribuzione.

D'altra parte, i risultati prodotti da DES contraddicono le tradizionali teorie sul cosmo, emanate dopo la missione spaziale Planck, finanziata dall'Agenzia spaziale europea.

Questa ricerca ha confermato la teoria secondo cui l'universo è attualmente composto dal 26% di materia oscura.

Sono state inoltre sviluppate mappe di posizionamento che misuravano con precisione la struttura di 26 milioni di galassie distanti (Bernardo, 2017).

8- Meccanica quantistica: teoria dell'informazione e calcolo quantistico

Questa ricerca cerca di indagare due nuove aree della scienza, come l'informazione e il calcolo quantistico. Entrambe le teorie sono fondamentali per il progresso delle telecomunicazioni e dei dispositivi di elaborazione delle informazioni.

Questo studio presenta lo stato attuale del calcolo quantistico, supportato dai progressi compiuti dal Group of Quantum Computation (GQC) (López), un'istituzione dedicata a tenere discorsi e generare conoscenza sull'argomento, sulla base del primo I postulati di Turing sull'informatica.

9- Relatività: esperimento di Icaro

La ricerca sperimentale Icarus, condotta nel laboratorio del Gran Sasso, in Italia, ha rassicurato il mondo scientifico verificando che la teoria della relatività di Einstein è vera.

Questa ricerca ha misurato la velocità di sette neutrini con un raggio di luce fornito dal Centro europeo per la ricerca nucleare (CERN), concludendo che i neutrini non superano la velocità della luce, come era stato concluso in precedenti esperimenti dallo stesso laboratorio.

Questi risultati erano l'opposto di quelli ottenuti in precedenti esperimenti dal CERN, che negli anni precedenti aveva concluso che i neutrini viaggiavano 730 chilometri più velocemente della luce.

Apparentemente, la conclusione fornita in precedenza dal CERN era dovuta a una scarsa connessione GPS al momento in cui è stato condotto l'esperimento (El tiempo, 2012).

Riferimenti

1. In che modo la fisica classica è diversa dalla fisica moderna? Recuperato su reference.com.
2. Elettricità e magnetismo. World of Earth Science. Copyright 2003, The Gale Group, Inc. Estratto su enciclopedia.com.
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8. Cos'è la termodinamica? Recuperato su grc.nasa.gov.
9. Einstein A. (1916). Relatività: teoria speciale e generale. Recuperato su wikipedia.org.
10. Will, Clifford M (2010). "Relatività". Grolier Multimedia Encyclopedia. Recuperato su wikipedia.org.
11. Quali sono le prove del Big Bang? Recuperato su astro.ucla.edu.
12. Planck rivela e l'universo quasi perfetto. Recuperato in esa.int.