classical physics

Angol

Főnév

classical physics (tsz. classical physicses)

(informatika) klasszikus fizika

A klasszikus fizika a 17. századtól a 19. század végéig kialakult fizikai elméletek összessége, amely a természet törvényeit főként makroszkopikus méretekben, alacsony sebességeken és gyenge gravitációs mezőkben írja le. Legismertebb területei: mechanika, elektromágnesség, termodinamika és optika. Bár sok esetben ma már a modern fizika (relativitáselmélet, kvantummechanika) váltotta fel, a klasszikus fizika továbbra is nélkülözhetetlen a mérnöki gyakorlatban, valamint az oktatásban, mert jól közelíti a mindennapi jelenségeket.

1. Mechanika

A klasszikus fizika egyik alappillére a klasszikus mechanika, amelyet főként Galilei és Isaac Newton munkássága alapozott meg.

Galilei hozzájárulása:

A kísérleti módszer bevezetése.
A szabadesés és a mozgás leírása (híres toronykísérlet).
A tehetetlenség elve.

Newton törvényei:

Tehetetlenség törvénye: minden test megtartja mozgásállapotát, amíg erő nem hat rá.
A dinamika alaptörvénye: ${\textstyle F=ma}$ , azaz az erő a tömeg és gyorsulás szorzata.
Hatás-ellenhatás törvénye: minden hatásnak egyenlő nagyságú, ellentétes irányú ellenhatása van.

A newtoni mechanika meghatározó volt több évszázadon át. Leírta a testek mozgását a Földön és az égitestekét az űrben (gondoljunk Kepler törvényeinek newtoni magyarázatára).

Rugalmasságtan, rezgések, folyadékok:

Hooke-törvény: ${\textstyle F=-kx}$ – rugalmas testek erőtörvénye.
Mechanikai rezgések: egyszerű harmonikus rezgés, csillapított és kényszerrezgés.
Hidrosztatika és hidrodinamika: Pascal-törvény, Bernoulli-egyenlet.

2. Termodinamika

A hőtan a hő és más energiaformák kapcsolatával foglalkozik.

Alapfogalmak:

Hőmérséklet: a részecskék mozgásának átlagos intenzitása.
Hőmennyiség: energia, amely hőátadás során cserélődik ki.
Belső energia: a rendszer részecskéinek mozgási és kölcsönhatási energiája.

Főtörvények:

Zeroth-törvény: ha A egyensúlyban van B-vel, és B C-vel, akkor A és C is egyensúlyban van → hőmérséklet fogalma.
Első főtétel: az energia megmaradásának törvénye hőmennyiséggel kiegészítve:

$\Delta U=Q-W$
Második főtétel: a hő magától mindig a melegebb helyről a hidegebb felé áramlik. Entrópia nő.
Harmadik főtétel: az abszolút nulla hőmérséklethez közeledve az entrópia zérushoz tart.

Gépek:

Carnot-gép: ideális hőerőgép.
Gőzgépek, belsőégésű motorok: ipari forradalom kulcselemei.

3. Elektromosságtan és mágnesség

Ez a rész főként a 18–19. században alakult ki olyan nagy nevek által, mint Coulomb, Ampère, Faraday, Gauss, Maxwell.

Elektrosztatika:

Coulomb-törvény: a töltések közötti erő arányos a töltések szorzatával és fordítottan arányos a távolság négyzetével.
Térerősség, potenciál, feszültség fogalmai.

Áramtan:

Ohm-törvény: ${\textstyle V=IR}$
Kirchhoff-szabályok: hurok- és csomóponti törvények.
Ellenállás, vezetők, szigetelők, félvezetők.

Mágnesség:

Áram hatására mágneses tér keletkezik (Oersted, Ampère).
Lorentz-erő: mozgó töltésre ható mágneses erő.
Indukció: időben változó mágneses mező elektromos áramot indukál (Faraday).
Lenz-törvény: az indukált áram iránya olyan, hogy hatása ellenáll a változásnak.

Maxwell-egyenletek:

James Clerk Maxwell egyesítette az elektromosságot és mágnességet egy elméleti keretben. Az egyenletek leírják az elektromos és mágneses tér viselkedését, és ezekből levezethető az elektromágneses hullámok létezése – a rádió, mikrohullám, fény mind ide tartozik.

4. Optika

Az optika a fény természetével és viselkedésével foglalkozik.

Geometriai optika:

Fénytörés: Snellius–Descartes-törvény:

$n_{1}\sin \theta _{1}=n_{2}\sin \theta _{2}$
Tükröződés, lencsék, tükrök képalkotása.
Nagyító, mikroszkóp, távcső működése.

Fizikai optika:

Interferencia, elhajlás, polarizáció.
A fény hullámtermészetének kísérleti bizonyítéka: Young-kísérlet (kétréses interferencia).

5. Klasszikus fizika jellemzői

Determinista világkép: a jelen állapot teljes mértékben meghatározza a jövőt (Laplace-démon).
Kontinuum-feltevés: az anyag és tér folytonos, nincsenek kvantumhatások.
Abszolút idő és tér: Newton szerint a tér és idő függetlenek a testektől és abszolút létezők.
Erők és mozgásegyenletek: a testek viselkedése erőhatásokkal írható le.

6. A klasszikus fizika korlátai és modern fizika születése

A 19. század végére több jelenség is megkérdőjelezte a klasszikus fizika érvényességét:

Fekete test sugárzás → kvantumelmélet (Planck).
Fénysebesség állandósága → speciális relativitáselmélet (Einstein).
Fotoeffektus → fény kvantumos természete.
Perihelion-eltolódás a Merkúrnál → általános relativitáselmélet.
Atomok stabilitása → kvantummechanika.

Ezzel elkezdődött a modern fizika kora, de a klasszikus fizika továbbra is hatékony:

Minden mérnöki számítás alapja (építészet, gépészet, elektromosság).
Egyszerű, jól érthető modellek.
A modern elméletek alacsony energiás határeseteként működik (klasszikus limit).

Összefoglalás

A klasszikus fizika a tudomány történetének egyik legnagyobb intellektuális vívmánya. A világ működésének pontos és elegáns modelljeit nyújtja a hétköznapi méretek világában. Mechanikája, hőelmélete, elektromosságtana és optikája a modern technika alapját képezi. Noha a 20. század fizikai forradalma – relativitás és kvantummechanika – meghaladta a klasszikus modellt, annak eredményei ma is élnek, tanítják, használják, és a tudományos gondolkodás történeti alapkövét képezik.

További információk

classical physics - Szótár.net (en-hu)
classical physics - Sztaki (en-hu)
classical physics - Merriam–Webster
classical physics - Cambridge
classical physics - WordNet
classical physics - Яндекс (en-ru)
classical physics - Google (en-hu)
classical physics - Wikidata
classical physics - Wikipédia (angol)