|
|
 |
Orice curs de fizica care se respecta trebuie sa
contina referirea la inaintasii fizicienilor contemporani. Inceputurile fizicii
se afla in vechiul Babilon, Mesopotamia antica, leaganul civilizatiei umane, dar
primele marturii sau istorii scrise vin din Grecia antica leaganul civilizatiei
europene. In acele vremuri Filozofia era stiinta care ingloba Matematica si
Fizica si poate nu intimplator asa au aparut simultan primele experiente si
notiuni de mecanica si electricitate.
Thales din Milet
(Greacă:Θαλης)
(635
�.Hr. �
543 �.Hr.) a fost un
filozof
grec care a contribuit la dezvoltarea
matematicii,
astronomiei,
filozofiei.
Deşi nici una dintre scrierile lui nu a fost găsită, cunoaştem munca sa din
scrierile altora. Thales ca si
Teofrast (sec IV i.e.n.) sau invatatul roman Pliniu(sec. I e.n), a observat ca,
chihlimbarul dupa ce este frecat cu o bucata de stofa, capata proprietatea de a
atrage mici corpuri usoare, cum ar fi bucatelele de maduva de soc.
Acest fenomen electric a dat mult de gandit atunci, dar au trebuit sa treaca mai
bine de doua milenii pana s-a gasit explicatia lui stiintifica. A urmat o alta
descoperire senzationala a carei confirmare s-a realizat tot dupa 2000 ani.
Leucip elev al lui
Zenon de Eleea,
fondează după
450 �.Hr. la
Abdera propria sa şcoală filosofică (fiul sau Democrit i-a fost discipol).
Consecvent materialist, Leucip este fondatorul
teoriei atomiste, continuată apoi de
Democrit,
Epicur, şi
Lucreţiu.
Teofrast menţionează două din
lucrările lui Leucip: Megas diakosmos (Marea ordine universală) şi
Peri nou (Despre spirit), care aşează la baza macrocosmosului şi
microcosmosului ca şi a perceperii umane, mişcarea atomilor, desfăşurată
potrivit legilor mecanicii.
Fizica a aparut prin activitatile umane de constructie,
navigatie
si din cea agricola, legata in special de evaluarea timpului si masurarea
suprafetelor, parte care ulterior
s-au constituit si ca ramuri separate in astronomie si geometrie. Cea legata de constructii a dezvoltat in
primul rind statica, cealalalte cinematica. Una din primele carti de fizica cunoscute
in istorie a fost "Physica" lui
Aristotel, parte din opera sa mult mai vasta
de filozofie in fapt cea care studiaza la modul cel mai general natura si fiinta
umana. Se pare ca a sugerat geocentrismul (in jurul Pamintului se invirt
planetele) ceea ce nu l-a mai facut credibil pe primul promotor al
heliocentrismului (planetele se invirt in jurul soarelui)
Aristarchus din Samos. Cei mai multi dintre noi isi amintesc
cum aproape 2000 de ani
s-a crezut ca pamintul este in centrul universului dupa
Ptolemeu.
Acesta a scris �n
limba
greacă "Mathematike Syntaxis" ("Tratat de Matematică"), mai t�rziu
opera sa fundamentală "Megiste Syntaxis" ("Marele Tratat"), care a fost
la �nceput transmis posterităţii prin intermediul unei traduceri �n
limba
arabă, cu titlul "al-Majisti", devenit �n
limba
latină "Almagesti". Acest tratat a constituit lucrarea de bază a
astronomiei
�n timpul
evului mediu şi cuprindea, pe l�ngă un catalog al stelelor cunoscute, o
expunere amănunţită a reprezentării
geocentrice a
universului. In partea mai practica legata de constructii civile si navale in
antichitate parintele staticii este
Arhimede
a trait �n
perioada 287-212 i.Hr. A fost matematician si fizician grec, unul dintre cei mai
de seama savanti ai lumi antice.  Din
opera lui s-a pastrat un numar relativ mare de lucrari "Despre sfera si cilindru"
se ocupa cu stabilirea suprafetei si volumului si fragmentelor de sfera; "Calcularea
cercului" de o aproximatie a lui pi intre 3 10/90 si 3 10/71. Studiul
proprietatii spiralelor si descrierea inventiei sale-surubul fara sfarsit (sau
surubul lui Arhimede), cu o larga aplicabilitate practica, se regasesc in "Despre
suruburi". A descoperit principiul fundamental al hidrostaticii (in legatura cu
care este citata celebra exclamatie "Eureka !" - "Am gasit !"-in
latina "Evrika"), prin care a pus
bazele acestei importante discipline ("Periton ochumenon" - "despre corpurile
plutitoare")."Tetragonismos paraboles" ("Cvadratura parabolei") este lucrarea
considerata a prefigura calculul integral. Cu Prammites sau Arenarius (calculatorul
de nisip) incearca sa gaseasca un procedeu de exprimare a numerelor mari (calculul
firelor de nisip din Univers-10 la puterea 51). Prin alte cercetari a determinat
centrul de greutate al corpurilor, a stabilit legile parghiilor si a inventat
scripetele compus (matematicianul Pappos citeaza celebrul sau aforism "Dati-mi
un punct de sprijin si voi urni Pamantul din loc") etc. Manuscrise grecesti,
latine si arabe ale lui Arhimede, editate intre secolele al-XVI-lea si
al-XVII-lea in Europa, au dat un nou impuls cercetarilor stiintifice ale epocii.
Este cunoscut ca in evolutia umana unii din liderii de activitati au incercat
sa-si insuseasca si sa impuna adevarurile stiintei in avantajul lor. Au aparut
totdeauna altii care au contestat adevarurile impuse.
Nicolaus
Copernic (germ. Nikolaus Kopernikus, pol. Mikołaj Kopernik)
(* 19
februarie 1473,
�n oraşul liber hanseatic
Torun, aflat azi
�n Polonia -
� 24 mai
1543, Frauenburg,
astăzi Frombork,
Polonia),
astronom şi
cosmolog,
matematician şi economist, preot şi prelat catolic, a dezvoltat
teoria heliocentrică a sistemului solar, contrazicind pozitia oficiala a
unor fete bisericesti. Pentru ca i-a sustinut ideile
Giordano Bruno (n.
ca.1548,
Nola/Campania
- d. 17
februarie 1600,
Roma) un
teolog şi
filosof
umanist
italian din timpul
Renaşterii
a fost condamnat şi ars pe rug de
Inchiziţie ca si pentru concepţia sa
panteistă,
pentru convingerea asupra infinităţii lumii, considerate
eretice, numele lui a devenit sinonim cu acela de victimă a obscurantismului.
�mpreună cu constr�ngerea lui Galileo Galilei de a-şi abjura public �n
1633 propriile
convingeri, condamnarea lui Giordano Bruno constituie unul din momentele cele
mai �ntunecate ale bisericii catolice.
Galileo Galilei (*15
februarie 1564,
Pisa - �8
ianuarie 1642,
Florenţa) a
fost un
astronom,
filosof şi
fizician
italian. Considerat "părinte" al ştiinţei moderne, Galileo Galilei (�n
rom�nă, "Galileu") a fost g�nditorul care a deschis o eră
nouă �n cercetarea ştiinţifică, bazată nu numai pe observaţia directă a naturii,
dar şi pe informaţiile date de mijloacele tehnice de investigaţie. El s-a
preocupat si de mecanica simpla ca demn urmas al lui Arhimede dar si de mecanica
cereasca, facind primii pasi spre o unificare teoretica. Alti doi mari mari
oameni de stiinta impreuna cu Galileo Galilei si anume Ticho Brahe si
Johannes Kepler aveau sa-i
ofere parintelui mecanicii clasice moderne Isaac Newton datele si gindirea lor
pentru legile miscarii mecanice.
Ticho Brahe fara sa accepte teoria lui Copernic a facut o serie de
observatii
ale pozitiilor stelelor pentru determinarea precisa a pozitiei planetelor tocmai
pentru a combate modelul heliocentric al acestuia. La acea data nefiind
cunoscute relatiile matematice datele se treceau in tabele cu pozitii
corespondente in timp. Folosind aceste tabele si ca elev, apoi urmas in
laboratorul sau,
Johannes Kepler (*27
decembrie 1571,
Weil der Stadt - �15
noiembrie 1630,
Regensburg) un
matematician,
astronom
şi
naturalist
german, a formulat şi confirmat legile mişcării
planetelor (Legile
lui Kepler).
�n
matematică este considerat precursor al
calculului integral. Putini stiu de contributia, vezi biografia, in domeniul
cristalografiei fiind si aici un precursor. A studiat simetria fulgilor de
zăpadă şi a calculat forţele naturale care intervin �n creşterea structurilor
geometrice. Asa cum am mentionat anterior cel care avea sa foloseasca magistral
teoriile formulate de Galilei si Kepler a fost
Isaac Newton (*
4 ianuarie
1643,
Woolsthrope/Grantham
- � 31 martie
1727,
Kensington) renumit om de ştiinţă englez, matematician, fizician şi astronom,
preşedintele
Academiei Regale de Ştiinţe a Angliei. Isaac Newton este savantul aflat la
originea teoriilor ştiinţifice care vor revoluţiona ştiinţa, �n domeniul
opticii,
matematicii
şi �n special al
mecanicii. �n 1687
a publicat lucrarea
Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, �n care a descris
Legea gravitaţiei
universale şi, prin studierea legilor mişcării corpurilor, a creat bazele
mecanicii clasice. P�nă la Newton şi după el, p�nă �n timpurile noastre,
omenirea n-a cunoscut o manifestare a geniului ştiinţific, de o forţă şi o
durată mai mare. La 25 de ani punea bazele mecanicii clasice iar la 85 cind avea
sa moara era constient de imensitatea necunoscutului: �Nu ştiu cum arăt eu �n
faţa lumii, dar mie mi se pare că sunt un băiat care se joacă pe malul mării şi
se distrează căut�nd din timp �n timp pietricele mai colorate dec�t de obicei,
sau o scoică roşie, �n timp ce marele ocean al adevărului se �ntinde necunoscut
�n faţa mea�. Aproape contemporan cu Newton a fost
Christiaan
Huygens, 14 aprilie 1629- 8 iunie 1695, astronom si fizician olandez cu
descoperiri remarcabile in optica, oscilatii
 si unde.
A descoperit legea conservarii momentului cinetic si a creeat faimoasa teorie
ondulatorie a luminii nascindu-se astfel celebra contradictie despre caracterul
luminii, ondulatorie sau corpusculara, rezolvata prin admiterea caracterului
dual corpuscul-unda in fizica cuantica. In aceeasi perioada nu a fost neglijate
aspectele practice legate de aplicarea descoperirilor fizicii. Cea mai
reprezentativa, folosita si azi in studiul materialelor este legea elasticitatii
sau a lui
Robert Hooke (n.18
iulie 1635 - d.3
martie 1703)
astronom şi fizician
englez. A fost primul care a folosit balanţa cu arc pentru reglarea
ceasurilor şi observ�nd similarităţile dintre mişcarea unei sfori vibr�nd şi
balansarea unei pendule, a inventat pendula cu arc, ceea ce a condus la o mai
mare precizie a ceasurilor. A fost asistentul lui Robert Boyle
Cu aproape un secol inaintea lui Newton, lucrarile medicului
William Gilbert
(1540-1603) incep o epoca noua in domeniul electricitatii si magnetismului.
Acesta in tratatele sale "Despre magnet si corpurile magnetice" si "Marele
magnet, Pamantul" Gilbert
expune rezultatele experientelor sale din domeniul magnetismului si
electricitatii. Dar cel care a relevat aspectele teoretice si practice ale
electricitatii a fost
Benjamin Franklin
care spunea: "Focul
electric poate fi facut astfel sa circu- le , sa se acumuleze pe un corp
oarecare si sa-i fie sustras", ne-a mai lasat din vocabularul sau termeni
noi:"electrizat","pozitiv","negativ","plus","minus". Opera lui Newton si in
general realizarile mecanicii clasice au canalizat intr-un fel preocuparile
pentru
electricitate si magnetism. Experimental si teoretic Electrostatica este
dezvoltata de
Charles-Augustin de Coulomb iar prima sursa de tensiune a fost creeata de
Alessandro Volta.
Bazele aplicative ale elctricitatii au fost puse de
Georg Simon Ohm
descoperitorul legii, care-i poarta numele si pe care o
folosim si azi sa calculam cel mai repede daca putem conecta un consumator intr-un
circuit electric, după care intensitatea curentului electric este direct
proporţională cu tensiunea şi invers proporţională cu mărimea care depinde de
dimensiunile şi caracterului conductorului. Incredibil dar Legea lui Ohm a fost
�ntimpinată cu ne�ncredere şi o critică aspră. Mai mulţi fizicieni nu au fost �n
stare să aprecieze corect importanţa acestei descoperiri.
Prima legatură �ntre magnetism şi electricitate a fost făcuta prin intermediul
experimentelor fizicianului danez
Hans Christian Oersted, care �n
1819 a descoperit
că un ac magnetic poate fi deviat cu ajutorul unui conductor sub tensiune
electrică. La o săpt�mană de la aflarea acestei descoperiri, cercetatorul
francez
Andre Marie Ampere va demonstra că doi conductori purtători de curent
electric se vor comporta ca şi cei doi poli ai unui magnet.
�n anul 1826 a reuşit să formuleze legea
cantitativă cu privire la interacţiunea curenţilor electrici: "Forţa cu care
acţionează două elemente ale curentului unul asupra celuilalt este direct
proporţională cu produsul curenţilor şi invers proporţională cu pătratul
distanţei dintre ele". Acesta a permis de fapt principiul motorului motorului
electric care a generat teoria fortelor electromagnetice. Gloria se imparte cu
Jean Baptiste Biot
autorul descoperirii
relatiei de calcul a cimpului magnetic
produs de curentul electric printr-un conductor. Lipseau doar sursele electrice
sa invirta motoarele.
Producerea energiei electrice azi are la baza descoperirile lui
Michael Faraday că un curent electric poate fi produs �ntr-un fir şi
fără conectarea acestuia la o baterie, fie prin mişcarea unui magnet
sau bobine (generatorul sincron), fie prin
plasarea altui conductor cu un curent variabil �n vecinătatea conductorului �n
care se doreşte generat curentul (transformatorul electric). Legătura dintre electricitate şi magnetism
poate fi cel mai bine redată �n termeni asociaţi c�mpului magnetic sau forţei ce
va acţiona �ntr-un anume punct asupra unei sarcini electrice. Producerea
curentului electric prin variatia intr-un spatiu a cimpului magnetic se numeste
inductie electromagnetica. In anul cind Faraday descoperea inductia s-a nascut
Newton-ul electromagnetismului
James Clerk
Maxwell
cel care a realizat sinteza descoperiilor in domeniu pina la el si a descoperit o
teorie unitara a
electromagnetismului (unind electricitatea si magnetismul) care nu are echivalent din acest punct de vedere decit in
mecanica clasica a lui Newton.
Cele 4
ecuatii exprimate in matematica superioara prevad existenta undelor
electromagnetice (mai cunoscute de noi ca unde radio-tv si pentru telefonul
celular) confirmate experimantal prima oara de
Heinrich Hertz.
Aceste unde sint invizibile si era de presupus ca exista o legatura materiala
sub forma acestor unde, in fapt cimp electromagnetic, intre indusul (cel care
este influentat) si inductorul (cel care influenteaza) lui Faraday, dar punerea
in evidenta experimentala la mare distanta intirzia sa apara desi se instituise
premiul academiei engleze. Interesant este de asemenea ca gigantul Maxwell a
sugerat ca viteza lumini este o constanta universala (indiferent de sistemul de
referinta) aratind si caracterul electromagnetic de unda, nimic altceva decit o
premonitie pentru mecanica relativista a lui
Albert Einstein. Transmisia de date la distanta a fost revolutionata
atit ca volum dar mai ales ca distante si costuri, la inceput prin telegraful
fara fir apoi radio si tv si telefonul celular din zilele noastre.
Daca mecanica si electromagnetismul s-au definit de la inceput prin fenomene
aparte caldura si termodinamica au aparut din viata de zi cu zi, primul om de
stiinta fiind
Robert Boyle
care a inventat o pompa de aer si a descoperit
prima lege a gazelor perfecte cu aceasta ocazie, legea transformarii izoterme,
la temperatura constanta produsul presiunii cu volumul ramine constant.
Asociatul sau
Denis Papin a conceput
oala sub presiune (cunoscuta de chimisti ca autoclava) pe acest principiu pentru
fiert oase animale. Pentru a evita exploziile Papin a inventat pe vasul sub
presiune o valva (robinet cu deschidere rapida) si s-a gindit ca aburul eliberat
prin aceasta ar putea pune in miscare un piston asemanator celui al pompei. Pe
aceasta idee Thomas Savery
a inventat motorul cu aburi si piston. Desi realizarea practica nu a fost
grozava a atras atentia multor oameni de stiinta ai epocii dintre care si celui
ce avea sa devina astfel parintele termodinamicii
Sadi Carnot
care a propus in scopul imbunatatirii
randamentului motoarelor termice, un ciclu teoretic , alcatuit din doua
transformari adiabatice si doua izoterme, motorul imaginat de Carnot folosea
drept combustibil gazul ideal ce suferea transformari cvasistatice. Qcedat=Qabsorbit.
Daniel Bernoulli contemporan cu Robert Boyle a pus bazele
mecanicii
statistice incercind sa explice comportarea termica a obiectelor materiale
din mecanica lui Newton. Pornind de la structura interioara a obiectelor formata
din atomi si molecule prin mijloacele statisticii matematice se poate descrie
comportamentul lor la nivel macroscopic, pentru miscarea termica devenind
termodinamica statistica. Un alt avantaj al acestei initiative a permis bazele
teoriei informatiei. Prima si a
doua lege a termodinamicii au aparut aproape in acelasi timp fiind enuntate de
William Thomson (Lord
Kelvin),
William Rankine si
Rudolf Clausius.
Intre ecuatiile mecanicii si electromagnetismului exista
multe asemanari, chiar se pot modela fenomenele unui domeniu cu relatii din
celalalt, aparind astfel ideea ca ar putea exista o teorie unitara cu ajutorul
caruia sa se explice toate fenomenele fizice. Frumos si mai usor pentru oameni
daca ar fi asa! Aceasta teorie este visul oricarui fizician si astazi, daca
natura inconjuratoare pare unitara e normal sa-ti propui un model unic de ai
explica fenomenele. Reamintim disputa unda sau particule pentru a explica
fenomenele luminoase. Unele fenomene luminoase se explica ca si ciocnirile unor
corpuri perfect elestice iar altele ca si undele la suprafata apei. Adeptii
naturii corpusculare au cautat sa gaseasca caracteristicile acestor corpusculi,
masa, sarcina electrica etc. Adeptii naturii ondulatorii ai luminii au cautat sa
gaseasca mediul de propagare al lumini asemanator apei sau aerului pentru undele
sonore. Spre satisfactia primilor
Max
Planck la 1900 a emis ipoteza pachetului de unde discrete de radiatie
termica sau cuante (de la quantum) practic o particula ceea ce a condus la aparitia mecanicii cuantice
care explica si caracterul corpuscular al lumini, ceilalti au incercat
experimentul
lui
Albert Abraham Michelson si
Edward Morley pentru punerea in evidenta a mediului "eter" deja numit
asa ca si cum ar fi existat. Esecul experimentelor datorat si utilizarii metodei
de compunere a vitezelor pentru radiatii la fel ca in mecanica clasica, au condus la aparitia
Teoriei speciale (sau
restrinse) a relativitatii a lui
Albert Einstein care explica absenta mediului
pentru undele luminii si numeste corpusculii luminii fotoni, care nu
au nevoie de un mediu de propagare. Au aparut necesare doua teorii care sa
descrie fenomene fizice indescriptibile cu teoriile existente, una pentru
macrocosmos, mecanica relativista si alta pentru microcosmos mecanica cuantica.
In aceasta perioada de adevarata revolutie in fizica in efervescenta
experimentala generata si de dispozitivele electrice si de cautarea unui model
de structura a materiei se descopera si radioactivitatea naturala a substantei
prin Henri
Becquerel cu o simpla placa fotografica cum se obisnuieste sa
se spuna. Sa reamintim totusi ca o placa
fotografica de atunci era rezultatul unor lucrari si cercetari de fizica si
chimie de lunga durata. Cercetarile si descoperirile au fost completate cu prima
separare a unui element radioactiv de
Marie si
Jean Pierre Curie.
Descoperirea si punerea in evidenta a electronului de catre
J.J.
Thomson in 1897 si radioactivitatea a veau sa puna bazele fizicii atomice.
Nu este de mirare ca in privinta structurii materiei chimistii prin natura
muncii lor erau mai avansati pentru ca inca din 1804 prin
John Dalton
reluasera teoria atomista a lui Democrit. Pentru cunoscatorii de engleza o
excelenta prezentare a istoriei descoperirilor referitoare la alcatuirea
materiei este in
wikipedia engleza.
Incheiem aici, doritorii de amanunte pentru dezvoltarea contemporana incepind cu
secolul 20 pot accesa
aici, pentru ca si obiectul cursului este conform istoriei descrise.
|
 |
|
|
|
