Domeniile fizicii
Introduceti un DVD in aparat si va pregatiti sa vedeti un film. Discul se roteste cu o miscare rapida, precis controlata, iar un fascicul laser focalizat (concentrat pe o zona foarte mica) pe disc ii citeste continutul. Circuitele electronice prelucreaza aceasta informatie si o trimit apoi la ecran si difuzoare, care o transforma in imagini si unde sonore. La fiecare pas, acest proces este guvernat de legile fizicii. Studiind natura la cel mai fundamental nivel, fizica ofera o descriere aproape unitara a tuturor fenomenelor fizice. Cu toate acestea, este convenabil sa impartim fizica in domenii.
Cititorul de discuri (DVD player) ne prilejuieste intilnirea cu multe dintre acestea. Rotirea discului este descrisa de catre Mecanica, ramura fizicii care se ocupa de miscarea corpurilor. Aceasta ramura explica, de exemplu, miscarea unui automobil, rotirea planetelor pe orbitele lor si stabilitatea unui avion de lupta.
Sunetele pe care le auziti venind dinspre difuzoare sunt unde sonore. Alte exemple de unde sunt valurile oceanelor care lovesc coastele si miscarea crustei Pamintului in timpul unui cutremur. Un domeniu al fizicii se ocupa cu Oscilatiile, undele si miscarea fluidelor.
Cind ati inregistrat ("ars") propriul vostru disc, temperatura inalta produsa de un fascicul laser a modificat proprietatile locale ale discului, stocind acolo informatia audio si video. Acest proces tine de Termodinamica, ramura fizicii care studiaza caldura si efectele sale asupra substantei. De asemenea, termodinamica descrie echilibrul fragil al proceselor de transfer de energie ce mentin planeta noastra la o temperatura buna pentru locuit.
Rotirea discului este produsa de catre un motor electric care transforma energia electrica in energie de miscare. Intilnim azi motoare electrice aproape peste tot, acestea punind in miscare de la trenurile de metrou la masinile de spalat si hard-discurile calculatoarelor. Motoarele si generatoarele electrice sunt aplicatii ale Electromagnetismului. Aceasta ramura a fizicii a facut, de asemenea, posibile de la umilele becuri pentru iluminat la calculatoarele moderne, echipamentele electronice audio-video, cuptoarele cu microunde, ceasurile digitale, tehnologiile de comunicatie fara fir (wireless) si multe alte echipamente.
Focalizarea precisa a fasciculului laser pe o zona foarte mica permite ca ore de inregistrare video sa poata fi inghesuite pe un mic disc de plastic. Detaliile focalizarii, precum si limitele acesteia, sunt guvernate de legile Opticii, ramura fizicii care studiaza lumina si comportarea sa. Aplicatiile opticii se intind de la lupe simple si lentile de contact la instrumente complicate cum sunt microscoapele, telescoapele si spectrometrele. Fibrele optice transmit e-mail-urile, paginile web, etc. prin reteaua globala numita Internet.
Domeniile amintite mai sus (Mecanica, Termodinamca, Oscilatii, unde si fluide, Electromagnetismul si Optica) au fost dezvoltate inainte de secolul XX si sunt cunoscute ca formind Fizica clasica. Aceasta se bazeaza pe conceptele introduse de Isaac Newton si, de aceea, mai este numita Fizica Newtoniana. Fizicienii secolului XX au descoperit ca la viteze mari si la scara atomica fizica clasica nu poate descrie corect lumea. Astfel, Teoria relativitatii si Fizica cuantica au pus bazele Fizicii moderne care are ca subdomenii Fizica atomica si moleculara, Fizica particulelor, Fizica materiei condensate si Astrofizica.
Fasciculul laser din DVD player este un exemplu de unda electromagnetica (ca si undele radio) si poate fi descris, in prima aproximatie, de catre fizica clasica. Privita la nivel atomic, interactia luminii cu materia pune in evidenta insa "pachete" de energie cu proprietati asemanatoare corpusculilor. Acesta este domeniul Fizicii cuantice care descrie comportarea materiei si energiei la nivel atomic, comportare ce este adesea in rasparul intuitiei noastre, intuitie dezvoltata de experienta la scara noastra macroscopica si sustinuta de fizica clasica. Fizica cuantica a facut posibila construirea laserilor si a explicat structura atomilor si proprietatile elementelor chimice. Fara fizica cuantica, nimic din electronica moderna nu ar fi aparut.
Dupa Richard Wolfson,"Essential university physics", 2nd edition, Pearson Education, Addison-Wesley, 2012.