Fiziko/Enkonduko

Ĝenerala enkonduko

La natursciencoj

La fiziko estas parto de la pligranda tutaĵo: la natursciencoj. Ĉi tiu amplekso konsistas el sciencoj kiel la fiziko, la astronomio, la kemio, la biologio, la geologio ktp. Inter ĉi tiuj fakoj ne ekzistas precize difinitaj limoj. Estas kaŭze de la necesa specialisacio ke oni rigardas ili kiel apartaj sciencoj. Tiamaniere ekzistas nun la astrofiziko, la biokemio, la fizika kemio ktp.

rekonmarkoj de la natursciencoj

La sensaco

La praktikanto de la natursciencoj este unue observant(in)o de la fenomenoj en la ĉirkaŭanta naturo. Ofte la observant(in)o uzas por fari tion grandan aron de instrumentoj.

La matematika priskribado

La observado estas notita kaj analizita kun matematika metodo.

Dedukto kaj indukto

Dum prilabori la observadojn, ofte okazas ke ekzistas interrilato inter la observadoj. Tiamaniere estiĝas teorio.

La kontroleksperimento

Uzi la teorion, estas elpensitaj novajn eksperimentojn. Se la rezulto de ĉi tiuj eksperimento interkonsentas kun la prognozoj de la teorio, oni rigardas la teorio kiel ĝusta. La matematika formo de la teorio estas nomita naturleĝo.

Eksperimenta kaj teoria fiziko

La fiziko ofte estas dividita inter teoria kaj eksperimenta fiziko. Ankaŭ ĉi tie estas malfacile indiki limojn. La eksperimentist(in)o estas ĉefe la persono kiu faras la observadojn, t.e. la persono kiu alportas la faktojn kaj kiu faras la kontroleksperimentojn. La teoria aŭ matematika fizikisto estas la persono kiu zorgas pri la matematika prilaborado. Kompreneble estas tre necese ke ĉi tiu personoj kunlaboras.

Kvantecaj kaj kvalitaj eksperimentoj

La eksperimentoj estas dividita en kvantecaj kaj kvalitaj eksperimentoj. Kvanteca eksperimento difinas grandecon. Ekz. la rapideco de aŭtomobilo. La kvalita eksperimento difinas la ekzisto aŭ neekzisto de eco. Ekz. aŭtomobilo veturas aŭ ne. Sed ĝi ne difinas la grandecon. Tiamaniere, kvanteca eksperimento estas pli valora je kvalita eksperimento. Sed ofte estas ne eble fari kvanteca eksperimento. Ekz. ĉar la instrumentaro mankas. Tiam eblas fari kvalitajn eksperimentojn.

Reprodukteco

Se observant(in)o faras unu eksperimenton multfoje, devas esti ke la rezulto ĉiam estas la sama krome malgranda dispartigo. T.e. la eksperimento devas esti reproduktebla. Se eksperimento ne estas reproduktebla, oni ne povas prilabori la observadojn. Evidentiĝas ke la studobjekto de la fizikisto, la fiziko, havas altgradan reproduktecon. Nur la kondiĉoj de la observado devas esti preskaŭ ĉiam la samaj.

Kaŭzeco

La altgrada reprodukteco de fizikaj procesoj ebliĝas fari konkludojn. T.e. fari naturleĝojn. Sekvante, oni povas produkti el la leĝoj novajn prognozojn. Esence, ĉi tie estas enkondukita novan fenomenon. El la reprodukteco ja ne sekvas direkte ke estas permesita fari difinatajn konkludojn. Sed ofte okazas ke estas eble fari perfektan prognozon. Alivorte, fari konkludojn ne kondukas al eraraj konkludoj sed al ĝustaj konkludoj. Tiu estas nomito Kaŭzeco. Montriĝas ke en la fiziko ekzistas rilato inter kaŭzo kaj efekto. Se oni konas la kaŭzon, oni povas prognozi la efekton. Kaj inverse, se oni konas la efektojn oni povas spuri la kaŭzo(j)n.

---

Fizikaj grandecoj

Fizikaj grandecoj estas mezuritaj per komparado kun unuoj. La valoro indikas kiel ofte la unuoj estas inkluzivitaj en la grandeco.
fizika grandeco = la valoro x la unuo
Ekzemple: distanco havas longecon de 5.6 x (1 metro) = 5.6 m
Nedefinitaj nombroj ekzistas en fiziko kiel proporcio inter du samspeciaj grandecoj.

Simboloj por grandecoj kaj unuoj

Se oni volas indiki fizikan grandecon ĝenerale, oni uzas literon kiel simbolo por tiu grandeco.
Ankaŭ unuoj estas prezentitaj kun literoj.
Ekzemple:
s = trairita vojo; s = sekundo
m = maso; m = metro
g = akceliĝo de gravito (pezoforto); g = gramo
ktp.

---

Fizikaj Formuloj

Fizikaj formuloj priskribas la interrilaton inter fizikaj grandecoj en la formo de matematikaj ekvacioj. Tiuj formuloj estas validaj malgraŭ la sistemo de unuoj uzita. Se oni anstataŭigas valoroj en formulo, oni devas plenumi la kalkuladon tiamaniere kiel postulinta. Ekzemple:

$Rapideco(v)={\frac {\mathrm {t} rairita-vojo(s)}{\mathrm {t} empo(t)}}$;
do
$v={\frac {\mathrm {s} }{\mathrm {t} }}$

Se, ekzemple s = 2000 m kaj t = 10 s:

$v={\frac {\mathrm {2} 000m}{\mathrm {1} 0s}}={\frac {\mathrm {2} 000}{\mathrm {1} 0}}.{\frac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} }}=200m/s$

---

Sistemoj de unuoj

Oni ankau devas scii ke ekzistas diversaj sistemoj de unuoj. Estas konsilita ke oni minimume konas 1 sistemon. Krome, oni ankaŭ devas scii kiel la unuoj de la sistemoj estas interrilataj. Ĉi tie estas uzita la internacia sistemo de unuoj, mallongigita kiel SI (Sistème International d'Unites)

Difinoj de bazaj unuoj de la internacia sistemo

La metro: 1 metro (m) estas difinita kiel la 1 650 763.72-a parto de la ondolongo de radiado kiel estas elsendinta fare de ⁸⁶Kr (Kriptono) kiam ĝi transiras de la 5d₅ nivelo al la 2p₁₀ nivelo en vakuo.
Ĉar la rapideco de lumo estas akceptita kiel universala kosmologika konstanto, la metro estas ankaŭ definita ekde 1983, kiel la distancon kiun la lumo trairas en vakuo dume 1/299792458 s

Ekzistas ankoraŭ du aldonaj unuoj, nome angloj kaj spacaj angloj kiuj estas ekspresitaj kiel radialo (rad) kaj steradialo (sr). La radialo estas reale rilato inter longitudoj (arklongitudo/radio) kaj la steradialo estas rilato inter surfacoj (surfaco de globoŝelo/(radio)²)

La kilogramo: 1 kilogramo (kg) estas la maso de la internacia standarda kilogramo.
Ĝi estas platenirida cilindro konservita en Pariso

La sekundo: 1 sekundo (s) estas la 9 192 631 770-a parto de la daŭrado de la periodo de radiado elsendinta fare de ¹³³Cs (Cezio) kiam ĝi transiras inter la superfinaj strukturaj niveloj de la baza stato.

La ampero: 1 ampero (A) estas la forto de la konstanta elektra kurento kiu ekzistas inter 2 senfinaj rektaj kondukantoj en vakuo kaj kiu havas la valoron de 0.2 x 10^-6 N.

La kelvino: 1 kelvino (K) estas la 273.16 parto de la termodinamika temperaturo de la tripelpunkto de la akvo.

La molo: 1 molo (mol) estas la kvanto de maso de la sistemo kiu konsistas el kiom da partikloj kiel estas en 12/1000 kg karbono ¹²C. Oni devas nomi la speco de la partikloj kiel ekzemple atomoj, elektronoj, jonoj ktp. La kvanto estas 6,02214199 × 10²³.

La kandelo: la lumforto de 1/60 cm² de la surfaco de nigra radianto ĉe la temperaturo kiu estas la malfuidiĝa punkto de plateno, mezurinte perpendikulare je la surfaco.

Skalpligrandigo kaj malpligrandigo

Por unuoj ĝenerale estas uzintaj skalfaktorojn se la valoroj estas grandegaj aŭ malgrandegaj. Tiuj estas enklasigaj en partoj de 10³ aŭ 10^-3 tiamaniere:

Skalpligrandigo:
k (kilo)	= x103	= 1.000
M (Mega)	= x106	= 1.000.000
G (Giga)	= x109	= 1.000.000.000
T (Tera)	= x1012	= 1.000.000.000.000
P (Peta)	= x1015	= 1.000.000.000.000.000
E (Exa)	= x1018	= 1.000.000.000.000.000.000
Skalmalpligrandigo:
m (milli)	= x10-3	= 0,001
μ (micro)	= x10-6	= 0,000001
n (nano)	= x10-9	= 0,000000001
p (pico)	= x10-12	= 0,000000000001
f (femto)	= x10-15	= 0,000000000000001
a (atto)	= x10-18	= 0,000000000000000001

Por mezuroj de longoj kaj volumoj ankaŭ estas uzitaj:

da (deca)	= x101	= 10
h (hecto)	= x102	= 100
d (deci)	= x10-1	= 0,1
c(centi)	= x10-2	= 0,001

---

Mezurado

Mezurinstrumentoj kaj mezurmetodo

Unu el la plej karakterizaj okupoj de la fiziko estas la mezurado. Por tio okupo ekzistas multe da mezurinstrumentoj. Plej ofte mezurado povas esti farita diversmaniere. Estas ne nur necese elekti la instrumentaron sed ankaŭ la mezurmetodon.

Mezuritaj valoroj kontraŭ realaj valoroj

Mezurado celas determini valorojn de grandecojn. La esenca valoro de grandeco estas nomita, la reala aŭ vera valoro. Sed, oni neniam povas determini ĉi tiun valoron kun absoluta certeco. Estas tiel, ĉar mezuriloj ĉiam havas limigitan mezakurecon. Tial, la ŝanco ke estos diferenco inter la reala kaj mezurita valoro estas tre granda.

Finleg(mal)akurecoj

Se oni mezuras longitudon, kiu havas reala valoro 8.8785425.. cm, kun mezurlato kiu havas 1 mm kiel la plej malgranda subdivido, tiam oni finlegas valoro de 8.9 cm. Oni nur povas mezuri la longitudon kun akureco je 1 mm. Oni povas diri ke la longitudo estas 8.9 ± 0.05 cm. La mezurita valoro klare diferencas de la reala valoro. Tamen, se oni uzas mezurilon kun ŝovebla gradaro, oni povas difini la longitudon je ekzemple 0.05 mm. Oni mezuras tiam longitudon de 8.88 kaj oni povas diri ke la longitudo estas 8.880 ± 0.005 cm. Oni povas uzi aliajn teknikojn por mezuri pli akurate, sed oni nur povas alpaŝi al la reala valoro.

Paralakso

Unu el la plej troviĝinta mezureraroj estas la paralakso. Ĝi estiĝas ĉar la finlegado de la instrumento ne estas perpendikulara je la gradskalo.

Sistemaj kaj hazardaj mezureraroj

La mezureraroj estas dividitaj en du grupoj

Sistemaj mezureraroj

Estas mezureraroj kiuj estas ligitaj kun la elektita(j) mezurinstrumento(j). La kaŭzoj povas esti multaj. La metodo aŭ la instrumento ne estas uzebla por la mezurado. Ekz. la pesado de letero kun terpompesilo. Eĉ se la metodo kaj la instrumento estas korektaj povas esti ke la instrumento ankoraŭ indikas troaĵon de la kelkaj procentoj. Spuri sistemajn mezurerarojn estas ofte malfacila. Praktike, la sola korekta maniero estas fari la mezuradon kun alia metodo kaj alia instrumentaro.

Hazardaj mezureraroj

Estas mezureraroj kiuj estiĝas pere de la hazarda(j) kaŭzo(j). La indiko estas tiam tro multe, tiam tro malmulte. Ankaŭ por tio erarfonto ekzistas multe da kaŭzoj. Ĝi estas neevitebla. Sed ĝi malgrandiĝas se oni faras pli da mezuradoj.

---

Matematikaj formuloj kaj derivaĵoj

Enkonduko

Koncerne la graveco de la matematiko en la fiziko ĉi tie troviĝas multfojaj matematikaj prilaboraĵoj. Ĉi tiu priskribado ne estas kompleta nek ekzakta sed estas praktike uzebla por studi la materialo de la fizika sekcio.

Kelkaj matematikaj formuloj

1.$a^{2n+1}+b^{2n+1}=(a+b).(a^{2n}-a^{2n-1}b+a^{2n-2}b^{2}-...+b^{2n})$

2.$a^{2n}-b^{2n}=(a+b).(a^{2n-1}-a^{2n-2}b+a^{2n-3}b^{2}-...+b^{2n-1})$

3.$a^{n}-b^{n}=(a-b).(a^{n-1}+a^{n-2}b+a^{n-3}b^{2}+...+b^{n-1})$

4.La radikoj de la ekvacio $ax^{2}+bx+c$ estas:

   $x_{1,2}={\frac {-b\pm {\sqrt {b^{2}-4ac}}}{2a}}$

5.$^{g}{log(a)}\equiv$ la nombro necese por leviĝi g kaj ekhavi a.

 Tiamaniere: $^{g}{log(a)}\equiv a$

6. Tiamaniere:
$log(ab)=log(a)+Log(b)$
$log({\frac {a}{b}})=log(a)-log(b)$

Skalaraj grandecoj kaj vektoroj

Fizika grandeco estas nomita skalaro se ĝi estas komplete definita je ĝia valoro.
Valoro ĉi tie estas Nombra Valoro x Unuo.
Ekzemploj de skalaroj estas tempo, temperaturo ktp. Fizika grandeco estas nomita vektoro se ĝi estas komplete definita ne nur je ĝia valoro sed ankaŭ je ĝia direkto
Ekzemploj de vektoroj estas vojo, forto ktp.

---