فیزیک (به زبان یونانی φύσις، طبیعت و φυσικῆ، دانش طبیعت) علم مطالعهٔ خواص طبیعت است. این علم را عموماً علم ماده (Matter) و حرکت و رفتار آن در فضا و زمان می‌دانند. این ماده می‌تواند از ذرات زیراتمی تا کهکشان‌ها و اجرام بسیار بزرگ آسمانی باشد. فیزیک از مفاهیمی مانند انرژی، نیرو، جرم، بار الکتریکی، جریان الکتریکی، میدان الکتریکی، الکترومغناطیس، فضا، زمان، اتم و نورشناسی استفاده می‌کند. اگر بطور وسیع‌تر سخن بگوییم، هدف اصلی علم فیزیک بررسی و تحلیل طبیعت است و همواره این علم در پی آن است که رفتار طبیعت را در شرایط گوناگون درک و پیش‌بینی کند.

فیزیک یکی از قدیمی‌ترین رشته‌های دانشگاهی است و شاید قدیمی‌ترین مبحث آن را بتوان نجوم و اخترشناسی نامید. مدارکی وجود دارد که نشان می‌دهد هزاران سال پیش از میلاد مسیح، اقوامی همچون سومری‌ها و همچنین اقوامی در مصر باستان و اطراف سند، تحقیقات و درک پیشگویانه‌ای (گمانه‌زنی‌هایی) از حرکت خورشید، ماه و ستارگان داشته‌اند.

دوران باستان

از دوران باستان، انسان‌ها سعی می‌کردند که رفتار طبیعت را درک و پیش‌بینی کنند. در ابتدا، این‌گونه پرسش‌ها در مورد طبیعت و رفتار آن، در قلمرو فلسفه دسته‌بندی می‌شد. به همین دلیل است که در نوشته‌های فیلسوفان باستان همچون ارسطو، افلاطون و بطلمیوس و … نوشته‌های بسیاری در مورد رفتارهای طبیعت، مخصوصاً حرکت ستارگان و خورشید می‌بینیم. در بعضی از این نوشته‌ها، مواردی وجود داشت که بررسی پدیده‌های آسمانی را با افسانه‌ها و اعتقادات مردمان آن دوره از تاریخ آمیخته می‌کرد و علی‌رغم پیش‌بینی‌های درست، نمی‌توانست باعث متقاعد شدن آیندگان شود.

فلسفه طبیعی

البته در این دوران فیلسوفانی همچون تالس هم بودند که تمامی تلاش خود را برای دور ماندن از دلایل ماوراءالطبیعه می‌کردند. به خاطر همین تلاش‌ها در بسیاری از منابع تاریخی به تالس لقب نخستین چهرهٔ علم را داده‌اند. یکی از کارهای مهم وی در حوزه ستاره‌شناسی، پیش‌بینی خورشیدگرفتگی در سال ۵۸۵ قبل از میلاد مسیح است.

فیزیک کلاسیک

از همین دوره بود که شاخه‌ای از فلسفه جدا شد که نام آن را فلسفه طبیعی نهادند و سالیان طولانی ادامه یافت. تا حدوداً در قرن هفدهم میلادی که دوباره با حضور چهره‌های بزرگ و برجسته‌ای همچون آیزاک نیوتن و گوتفرید لایبنیتس می‌رفت که دوباره تحولی عظیم در علم و نحوه نگرش به آن مخصوصاً در ریاضیات و فیزیک ایجاد شود. با چاپ شدن کتاب نیوتن در سال ۱۶۸۷ با نام اصول ریاضی فلسفه طبیعی (همان‌طور که پیداست همچنان از عبارت فلسفه طبیعی در عنوان آن استفاده شده) تقریباً این نوع نگرش به فیزیک و ریاضیات به پایان راه خود رسید و نیوتن و همکاران وی در قرن هفدهم میلادی، نحوه نگرشی نو به طبیعت را بنیان‌گذاری کردند که امروزه به فیزیک کلاسیک معروف است. البته ذکر این نکته الزامی است که این جنبش، قبل از قرن هفدهم، با تلاش دانشمندانی چون گالیلئو گالیله، نیکلاس کوپرنیک و یوهان کپلر آغاز شده بود و در زمان نیوتن به اوج خود رسید.
پس از قرن هفدهم، فیزیک و ریاضیات با سرعت قابل توجهی توسعه یافتند و دانشمندان زیادی در شاخه‌های مختلف این دو علم، توانستند پاسخ بسیاری از پرسش‌های خود را بیابند. این روند تا قرن نوزدهم ادامه داشت. جامعه فیزیکدانان در قرن نوزدهم، عموماً گمان می‌کردند که با کشفیات جیمز کلرک ماکسول در حوزه الکترومغناطیس و معادله بندی چگونگی ایجاد شدن میدان الکتریکی و مغناطیسی، توسط بارها و جریان‌های الکتریکی، فیزیک به نقطه تکامل خود رسیده‌است و دیگر هیچ پدیده طبیعی وجود ندارد که نتوانند آن را توجیه و پیش‌بینی کنند.

فیزیک مدرن

اما در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم بود که پدیده‌هایی توسط برخی از فیزیک‌دانان مشاهده شد که با علم فیزیک آن زمان قابل توضیح نبود یا اگر توضیحی ارائه می‌شد، در آن تناقض‌هایی وجود داشت. در این زمان بود که فیزیک دانان تقریباً به دو دسته تقسیم شدند.

دسته‌ای سردمدار پایه‌گذاری فیزیکی جدید، که در آن اشکالات و کاستی‌های فیزیک کلاسیک جبران شده باشد، بودند و دسته‌ای سر سرسختانه در مقابل هر گونه تغییر مقاومت می‌کردند و می‌کوشیدند که پدیده‌های جدید را با همان فیزیک کلاسیک (یا نیوتنی) توضیح دهند. سر انجام ماکس پلانک بر پایه تلاش‌های دانشمندان قبل از خود همچون رابرت هوک، کریستیان هویگنس، توماس یانگ و لئونارد اویلر توانست نظریه مکانیک کوانتومی را ارائه دهد و همین‌طور آلبرت اینشتین توانست نظریه نسبیت را ارائه و با موفقیت از آن دفاع کند. در همین سال‌ها بود که فیزیک‌دانان پذیرفتند، با وجود اینکه فیزیک کلاسیک در حوزه مورد بحث خود (که عموماً پدیده‌هایی آزمایش پذیر بودند) خالی از هرگونه خطا است، اما نیاز به ایجاد شاخه‌ای جدید در علم فیزیک با نام فیزیک نوین است. پس از آلبرت اینشتین، تئوری مکانیک کوانتومی و همچنین فیزیک اتمی با تلاش دانشمندان بزرگی چون ورنر کارل هایزنبرگ، آروین شرودینگر، ولفگانگ پائولی و پل دیراک هر روز کامل تر شد و این تکامل روزافزون علم فیزیک، تا به امروز در ده‌ها گرایش و شاخه ادامه دارد.

 

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه

تعریف فیزیک

فیزیک در علوم بهداشت

مدل ها و نظریه ها و قوانین

اهمیت آزمایش

قلمروهای فیزیک

کمیت ها و یکاهای اصلی

یکای طول

یکای جرم

یکای زمان

و...

فصل دوم: حرکت

زمان، جابجایی و سرعت و شتاب

سرعت متوسط

شتاب متوسط

معادلات حرکت

روش حل مسئله معادلات حرکت

نمایش نموداری حرکت

گرانی و اجسام سقوط کننده

و...

فصل سوم: نیرو

قوانین حرکت نیوتن و مفهوم دستگاه

قانون اول نیوتن

قانون دوم نیوتن

قانون سوم نیوتن

وزن

قانون گرانش عمومی

اصطکاک و نیروی قائم

نیروی کشش

بردارها، روش نموداری جمع و تصویر نیروها

استاتیک، گشتاور و چرخش

حرکت دورانی و نیروی مرکزگرا

و...

فصل چهارم: کار، انرژی و توان

تعریف انرژی

تعریف فیزیکی کار

انرژی جنبشی

قضیه کار - انرژی

انرژی پتانسیل

انرژی پتانسیل گرانشی

سایر اشکال انرژی

انرژی ذخیره شده شیمیایی

انرژی الکتریکی

تبدیل جرم به انرژی

پایستگی انرژی کل

توان و کارایی

آهنگ های سوخت و ساز

و...

فصل پنجم: دما و گرما

تعریف دما

دما و فازهای ماده، اتمها و مولکولها

مقیاس دما و دماسنجها

انبساط گرمایی

چگالی

گرما، علت تغییر دما

گرمای ویژه

تغییرات فاز و گرمای نهان ذوب و تبخیر

تبخیر و رطوبت نسبی

روشهای انتقال گرما

آهنگ خالص انتقال گرما

اثرات گرما بر بدن انسان

کاربرد درمانی گرما

و...

فصل ششم: شاره ها و فشار

تعریف فشار

بستگی فشار گاز به حجم

اصل پاسکال

سیستمهای هیدرولیکی

فشار ناشی از وزن شاره ها

نیروی شناوری و اصل ارشمیدس

شارش: قانون پوازوی، شارش آرام، و شارش متلاطم

شارش به عنوان علت افت فشار

اثر برنولی و به دنبال کشیدن

هم چسبی و دیگر چسبی - کشش سطحی

و...

فصل هفتم: کشسانی و امواج، صوت

قانون هوک و حرکت تناوبی

دوره تناوب

امواج عرضی و طولی

طول موج و سایر مشخصه های موج

سرعت انتشار موج

انرژی امواج – شدت

دسیبل

استفاده از بازتاب و تضعیف امواج

زنش

تشدید

اثر دوپلر

و...

فصل هشتم: آشنایی با الکتریسیته و مغناطیس

بارها و نیروهای الکتریکی

قانون کولن

ولتاژ - انرژی پتانسیل الکتریکی

جریان

مغناطیس

کاربردهای میدانهای مغناطیسی در پزشکی

سنجه ها، موتورها، مولدهای برق، ترانسفورماتورها، قانون القای فاراده

و...

فصل نهم: مدارهای الکتریکی ساده

مقاومت و قانون اهم

شباهت شارش الکتریکی با شارش سیالات

توان در مدارهای الکتریکی

جریان متناوب

مدارهای چند مقاومتی

مبانی ایمنی الکتریکی

و...

فصل دهم: اپتیک هندسی

نور به عنوان یک پرتو: بازتاب و شکست

ضریب شکست

عدسی ها و آینه ها

قدرت عدسی

عدسی های کاو

تشکیل تصاویر در عدسی ها

معادلات عدسی های نازک

ذره بین

دستگاههای مرکب نوری

تلسکوپ

و...

فصل یازدهم: تابش الکترومغناطیسی

ماهیت نور مرئی

طیف الکترومغناطیسی

نواحی عمده طیف

اثر فوتوالکتریک و فوتونها

مشخصه های اثر فوتوالکتریک

کاربردهای تابش الكترومغناطيس در پزشکی

و...

فصل دوازدهم: فیزیک اتمی

طیف های اتمی

بررسی طیفهای حاصل از سه موقعیت مختلف

جامدات داغ

جسم سیاه

گازهای داغ

ساختار اتمی و ماهیت موجی ماده

مدل رادرفورد

مدل بور

حالت های پایه و برانگیخته

طبیعت موجی ماده

فلوئورسانی، لیزر، پرتوهای X و سایر پدیده های اتمی

كوانتش در سطح زیر میکروسکوپی

و...

به همراه مثال های حل شده در هر فصل.