علم الفيزياء

علم الفيزياء هو من العلوم الطبيعية التي تَدرُس جميع المواد من عالم النانو الصغير، إلى عالم الكواكب، والأنظمة الشمسية، والمجرات، بالإضافة إلى المادة والطاقة، وكيفية ارتباطها، وتأثيرها على بعض، فهو يهدف إلى إيجاد قوانين كمية لكل شيء، كما يُحاول الإجابة على الأسئلة الأساسية، مثل: كيف بدأ الكون؟، وكيف ومن ماذا صُنع؟.^[١]^[٢] ويُقسم علم الفيزياء إلى فرعين يرتبطان ببعضهم البعض، هُما:^[١]

الفيزياء التجريبية: تَدرُس مجموعة واسعة من الظواهر الطبيعية اعتماداً على تصميم، وإجراء تحقيقات حولها في ظروف شاذة عن ظروف الحياة اليومية، مثل: دراسة الخواص الكهربائية للمواد عند درجة حرارة الصفر المُطلق؛ أي -273 درجة مئوية، ودراسة خواص الطاقة المنبعثة من الغازات الساخنة جداً.
الفيزياء النظرية: تَشرَح نتائج الملاحظات التجريبية رياضياً باقتراح، وتطوير نماذج، ونظريات لتفسيرها.

فروع علم الفيزياء

يوجد عِدّة فروع لعلم الفيزياء، هي:^[٣]

الفيزياء الكلاسيكية: هي فرع الفيزياء الذي يعود إلى ما قبل العام 1900م، والذي يهتم بقوانين الحركة والجاذبية لإسحاق نيوتن، وقوانين الديناميكا الحرارية والنظرية الحركية لجيمس كلارك ماكسويل، كما يَتعامل مع المادة والطاقة ككيانين مُنفصلين.
الفيزياء الحديثة: هي الفيزياء التي بدأت بعد العام 1900م، وهي تَعتبر المادة والطاقة شكلين مختلفين لبعضهما البعض؛ أي أنهما ليسا منفصلين، ومن أهم نظرياتها: النظرية النسبية للعالم ألبرت أينشتاين، وميكانيكا الكم للعالم ماكس بلانك.
الفيزياء النووية: تَدرُس نواة الذرة من ناحية مكوناتها، وبُنيتها، وسلوكها، وتفاعلاتها، كما تُستخدم لتوليد الطاقة، والأسلحة النووية، والأدوية، والرنين المغناطيسي، وغيرها.
الفيزياء الذرية: تدرُس الذرات من ناحية ترتيبها، وسلوك الإلكترونات الموجودة في مدارات حول النواة، بالإضافة إلى الأيونات، والذرات المحايدة، إذ إن الفيزياء الذرية يتعامل مع تكوين الذرة، وليس النواة كالفيزياء النووية.
الجيوفيزياء: تَستخدِم العمليات، والخصائص الفيزيائية لدراسة تشكيل الأرض، وبُنيتها، وتكوينها، بالإضافة إلى قوة الجاذبية، والمجالات المغناطيسية، والزلازل، والصهارة وغيرها.
الفيزياء الحيوية: تَستخدِم التقنيات الفيزيائية لدراسة المشكلات البيولوجية، وهيكل الجزيئات في الكائنات الحية؛ كالحمض النووي الذي اكتُشف تكوينه على يد العالم جيمس واتسون، وفرانسيس كريك.
الفيزياء الميكانيكية: تَستخدم القوانين الفيزيائية لدراسة حركة الأجسام بتأثير قوى معينة؛ كالميكانيكا الكلاسيكية، كما تَدرس سلوك الإلكترونات، والنيوترونات، والبروتونات، والجُسيمات الصغيرة؛ كميكانيكا الكم.
الصوتيات: يَهتم هذا الفرع بدراسة الصوت من ناحية كيفية إنتاجه، ونقله، والتحكُم فيه، وتأثيره عند عبور الأوساط المختلفة؛ أي الغاز، والسائل، والمواد الصلبة.
البصريات: يَهتم بحاسة الرؤية التي تَنتُج بفعل الطاقة الإشعاعية، كما تدرس الإشعاع الكهرو مغناطيسي كالضوء الذي يمتد من الأشعة السينية إلى الموجات الأصغر، والأشعة تحت الحمراء.
الديناميكا الحرارية: تَدرُس علاقة الحرارة، ودرجة الحرارة مع الطاقة.
الفيزياء الفلكية: تَستخدم قوانين الفيزياء لدراسة النجوم، والمجرات، والكواكب.

أهمية علم الفيزياء

يُستخدم علم الفيزياء في عِدّة مجالات، فهو العلم الثاني النقي بمبادئه بعد علم الرياضيات، حيث إنه مصدر لعلوم الكيمياء، والعلوم الحياتية، ومن أهم تطبيقات علم الفيزياء:^[٤]

الكهرباء: يَعتمد تشغيل جميع الأجهزة الإلكترونية على توليد الكهرباء الناتجة من إنشاء فرق جهد يتسبب في تحريك الإلكترونات، إذ تعتمد الكهرباء بشكل أساسي على قوانين الفيزياء.
الترانزستور: تُخزَّن المعلومات في أجهزة الحاسوب باستخدام الترانزستورات، وهي أشباه موصلات تُنتج جهد عالي أي 1 ثانية، وجهد منخفض أي صفر ثانية، لذلك تُخزّن المعلومات اعتماداً على فرق الجهد المتولد.
الطيران: تَستمد الطائرات قُدرتها على الحركة من مبدأ برنولي لديناميكية السوائل، كما تعتمد على قوانين الفيزياء في حساب كمية الأشخاص الذين تحملهم تناسُباً مع مقدار الاتجاه الذي قد تولِده.
الرحلات الفضائية: تُستخدم قوانين الاندفاع، وقوة الاحتراق، والضغط في عملية إقلاع الصواريخ للفضاء.
الطاقة النووية: يتم تفريق الذرات الثقيلة لإنتاج القنبلة النووية التي تُعد أقوى الأسلحة البشرية وذلك من خلال عملية الانشطار، كما يُمكن استخدامها في أغراض أُخرى غير عسكرية، بحيث يُمكن إنتاج الطاقة بالمستقبل عن طريق قوانين اندماج الذرات المختلفة.

أدوات علم الفيزياء

تحتاج دراسة علم الفيزياء إلى العديد من الأدوات، وهي:^[٥]

الأدوات المادية: تَشمل مقاييس التوازن، وبواعث أشعة الليزر، كما تَستخدم الموصلات الفائقة، والمُسرع الدوراني التزامني (بالإنجليزية: synchrotrons) لإنشاء حقول مغناطيسية مُكثفة.
القوانين الرياضية: تَستخدم النظام المتري، وقوانين المُتجهات، وخصائص الأمواج الرياضية، وغيرها من قوانين الرياضيات.

أهم علماء الفيزياء

اهتم الإغريق القدماء بعلم الفلك، والقوانين الطبيعية التي قاموا بدمجها مع الفلسفة، ويُعتبر العالم غاليليو غاليلي أب للعلم، فقد درس، وراقب، وجرب قوانين الطبيعية في القرنين السادس عشر والسابع عشر، ومن أهم علماء الفيزياء:^[٥]

إسحاق نيوتن.
ألبرت آينشتاين.
نيلز بور.
ريتشارد فينمان.
ستيفن هوكينج.

المراجع

^ ^أ ^ب “What is Physics?”, www.nevis.columbia.edu, Retrieved 24-05-2019. Edited.
↑ “What is Physics at NTNU?”, www.ntnu.edu, Retrieved 24-05-2019. Edited.
↑ Muhammad Rafiq (07-09-2018), “Physics: Definition and Branches”، www.owlcation.com, Retrieved 24-05-2019. Edited.
↑ PatrickB (13-03-2018), “Importance of Physics in the Modern World”، www.sciencing.com, Retrieved 24-05-2019. Edited.
^ ^أ ^ب Anne Helmenstine (23-04-2018), “The Basics of Physics in Scientific Study”، www.thoughtco.com, Retrieved 24-05-2019. Edited.