Fisika klasik adalah yang ideal untuk menyelesaikan semua masalah teknis sifat manusia, serta untuk menjelaskan struktur tata surya dan persembahan alam semesta. jawaban yang tidak sepenuhnya memuaskan untuk semua keraguan kosmologis.
Hari ini kami ingin memberikan informasi yang sangat lengkap tentang fisika klasik agar Anda dapat memiliki pemahaman yang jauh lebih realistis tentang berbagai pertanyaan yang muncul seputar ilmu yang luar biasa ini, bagaimana perbedaannya dengan fisika modern, dan apa saja cabang studi utamanya, aplikasi, dan batasannya.
Fisika klasik
Istilah ini digunakan untuk merujuk pada fisika yang ada sebelum munculnya mekanika kuantum. Istilah ini mencakup... berbagai cabang studi penting seperti termodinamika, optik, akustik, elektromagnetisme, dan mekanika, di antara lainnya. Istilah fisika klasik juga sering digunakan untuk merujuk pada fisika yang dikembangkan sebelum konsolidasi perubahan konseptual utama fisika modern; secara historis, banyak penulis menganggap fisika klasik mencakup perkembangan sebelum tahun 1900, sementara fisika modern mencakup kemajuan dari tahun 1900 dan seterusnya. Munculnya mekanika kuantum dan teori relativitas memberi apa yang dianggap sebagai fisika klasik perspektif baru dan membatasi ruang lingkupnya pada rentang kecepatan, ukuran, dan energi tertentu.
Dari sudut pandang yang lebih teknis, fisika klasik didasarkan pada prinsip deterministikJika kita mengetahui keadaan terkini suatu sistem fisik (posisi, kecepatan, gaya yang bekerja padanya, dll.), kita dapat secara akurat memprediksi keadaan masa depannya menggunakan hukum matematika. Dalam kerangka ini, perilaku benda tidak bergantung pada kebetulan, tetapi pada sebab-sebab yang terdefinisi dengan baik.
Dalam fisika klasik, dapat dibedakan dua pendekatan utama:
- Fisika Newtonian klasik (pra-relativistik), berdasarkan hukum Newton, cocok untuk menggambarkan gerakan benda pada kecepatan rendah dibandingkan dengan kecepatan cahaya dan pada skala sehari-hari.
- Fisika klasik relativistikTeori ini menggabungkan teori relativitas khusus dan umum, tetapi tetap klasik dalam artian tidak menggunakan konsep kuantum. Teori ini secara akurat menggambarkan fenomena pada kecepatan mendekati kecepatan cahaya dan dalam medan gravitasi yang kuat, sambil tetap mempertahankan pandangan kontinu tentang ruang dan waktu.
Singkatnya, ketika kita berbicara tentang fisika klasik, kita merujuk pada teori-teori yang menggambarkan fenomena dengan sangat presisi. kecepatan kurang dari kecepatan cahaya sudah skala makroskopis (planet, mesin, fluida, struktur, dll.), dan yang tetap penting dalam bidang teknik, konstruksi, akustik, optik tradisional, dan berbagai proses teknologi terkini.
Fisika modern
Sebelum menjelaskan berbagai cabang fisika klasik, perlu dibedakan terlebih dahulu dari fisika modern. Fisika modern muncul ketika model klasik terbukti tidak cukup untuk menjelaskan fenomena tertentu, seperti radiasi yang dipancarkan oleh benda panas, efek fotolistrik, atau perilaku atom dan partikel elementer.
Max Planck memulainya penelitian tentang “kuantum” energi Dengan mempelajari bagaimana energi tidak dipancarkan secara terus-menerus, tetapi dalam paket-paket diskrit yang disebut kuanta, gagasan-gagasan ini membuka jalan bagi mekanika kuantum, yang menjelaskan bahwa energi dan materi menunjukkan perilaku ganda (kadang-kadang sebagai partikel dan kadang-kadang sebagai gelombang) dan bahwa ada batasan pada ketelitian yang dapat kita gunakan untuk mengukur besaran-besaran fisik tertentu.
Cabang baru fisika ini kemudian lahir yang berupaya mempelajari variasi yang ada dalam atom, perilaku berbeda yang terjadi pada materi, dan gaya yang mengatur keduanya. Fisika Modern Ilmu ini mempelajari fenomena yang terjadi pada skala ekstrem: kecepatan mendekati kecepatan cahaya, dimensi mikroskopis atau subatomik, dan energi yang sangat tinggi atau sangat rendah.
Selain itu, masalah-masalah yang muncul tidak dapat diselesaikan dengan pendekatan dari fisika klasik, sehingga diperlukan memikirkan kembali penelitian dan premis klasikFisika modern mengadopsi konsep-konsep seperti probabilitas, ketidakpastian, dan ruang-waktu lengkung untuk menyesuaikan studi tentang alam dengan skala-skala baru ini.
Meskipun fisika klasik dan modern berbeda, keduanya tidak saling eksklusif. Dalam rentang kecepatan dan ukuran yang ditemui dalam kehidupan sehari-hari, persamaan klasik masih berlaku. sangat akurat dan praktisFisika modern dikhususkan untuk fenomena-fenomena di mana teori-teori klasik tidak lagi berlaku.
Perbedaan antara fisika klasik dan fisika modern
Untuk lebih memahami apa yang dipelajari fisika klasik, ada baiknya membandingkannya dengan fisika modern dari beberapa aspek kunci:
- Skala studiFisika klasik berfokus pada sistem makroskopis, seperti planet, fluida, mesin, struktur, atau proyektil. Fisika modern, di sisi lain, berfokus pada atom, partikel elementer, dan kosmos dalam skala besar, serta dalam fenomena subatomik.
- Rentang kecepatanFisika klasik menggambarkan gerakan pada kecepatan tertentu. jauh di bawah kecepatan cahayaFisika modern, dengan teori relativitas, menganalisis situasi di mana kecepatan mendekati kecepatan cahaya dan di mana efek relativistik sangat signifikan.
- Karakteristik deterministik atau probabilistikFisika klasik pada dasarnya deterministikMasa depan suatu sistem tertutup bergantung sepenuhnya pada keadaan sistem tersebut saat ini. Fisika modern, khususnya fisika kuantum, memperkenalkan ketidakpastian dan probabilitas sebagai elemen dasar ketika mendeskripsikan keadaan suatu sistem.
- Konsep ruang dan waktuDalam fisika klasik, ruang dan waktu dianggap independen dan absolutDalam fisika modern, keduanya dipahami sebagai relatif dan bersatu dalam suatu entitas yang disebut ruang waktuyang dapat melengkung karena adanya massa dan energi.
- Jenis fenomena yang dijelaskannyaFisika klasik berhasil menjelaskan fenomena seperti gravitasi pada skala manusia, listrik, magnetisme, dan perilaku fluida. Fisika modern berurusan dengan interaksi fundamental diekspresikan melalui medan dan partikel (seperti foton, boson, atau fermion) dan menyelidiki struktur materi yang mendalam.
- Aplikasi utamaModel klasik adalah dasar dari teknik, konstruksi, mekanika, akustik, dan optik tradisionalModel modern memungkinkan hal itu terjadi. elektronik, semikonduktor, energi nuklirfisika partikel dan kosmologi tingkat lanjut.
Apa cabang fisika klasik?
Untuk pemahaman yang lebih baik tentang sains, cabang-cabang utamanya telah diklasifikasikan dari waktu ke waktu. Hal ini memungkinkan umat manusia untuk berprestasi lebih efektif di bidang-bidang ini dan mengkomunikasikan kemajuan baru di bidang-bidang ini kepada dunia. Dalam fisika klasik, cabang-cabang terpenting adalah: akustik, mekanika, elektromagnetisme, mekanika fluida, optik, dan termodinamika.
Akustik
Telinga manusia dirancang untuk merasakan gelombang, gelombang yang harus melalui proses studi untuk menunjukkan panjang gelombang dan kemampuannya. Inilah mengapa akustik lahir; cabang fisika klasik ini bertanggung jawab atas mempelajari semua getaran gelombang mekanik yang merambat melalui medium material (udara, air, benda padat) untuk akhirnya diinterpretasikan sebagai suara.
Studi akustik mencakup musik, fenomena geologi, kapal selam, dan fenomena atmosfer; secara umum, cabang fisika ini bertanggung jawab untuk mempelajari Suara yang dipancarkan di medan terestrialtermasuk infrasonik (frekuensi lebih rendah daripada yang dapat didengar telinga manusia) dan ultrasonik (frekuensi lebih tinggi).
Selain itu, akustik diterapkan di berbagai bidang seperti:
- Teknik akustik untuk desain ruang konser, auditorium, dan studio rekaman dengan kualitas suara optimal.
- Akustik arsitektur, bertanggung jawab untuk mengendalikan penyebaran suara di gedung-gedung, sekolah, rumah, dan kantor.
- Akustik bawah air, sangat penting dalam komunikasi antar kapal selam, dalam eksplorasi laut dan dalam studi kehidupan laut.
- Akustik lingkunganyang membahas tentang polusi suara dan pengaturan kebisingan di lingkungan perkotaan.
Di sisi lain, psikoakustik, yang bertanggung jawab untuk mempelajari efek fisik dan psikologis yang muncul dalam sistem biologis ketika suara dipersepsikan, menganalisis bagaimana otak menafsirkan intensitas, nada, timbre, dan lokasi spasial sumber suara.
Mekanika
Cabang fisika ini mempelajari benda-benda fisik ketika benda-benda tersebut dikenai gaya perpindahan dan, tentu saja, efek yang timbul dari gaya-gaya tersebut. Cabang ini menjelaskan bagaimana dan mengapa benda bergerak, atau mengapa benda tetap diam.
Ini dianggap sebagai subdisiplin yang mempelajari tentang... fenomena fisik yang terjadi pada objek yang dikenai gaya fisik, baik dari partikel yang diam maupun yang bergerak, asalkan kecepatannya jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya.
Dalam mekanika klasik, dapat dibedakan beberapa bidang:
- Mekanika statis: mempelajari benda-benda dalam keadaan setimbang, yaitu ketika jumlah gaya dan momen adalah nol.
- Mekanika kinematika: menggambarkan pergerakan tanpa mempertimbangkan penyebabnya, menganalisis lintasan, kecepatan, dan percepatan.
- Mekanika dinamisHal ini menghubungkan gerak dengan gaya-gaya yang menghasilkannya, terutama menggunakan hukum-hukum Newton.
Aplikasinya mencakup hal-hal berikut: teknik mesin, desain mesin, dan prediksi lintasan proyektil dan kendaraanserta analisis struktur dan studi gerakan dalam olahraga atau dalam biomekanik tubuh manusia.
Elektromagnetisme
Magnetisme dan listrik sama-sama berasal dari gaya elektromagnetik; oleh karena itu, elektromagnetisme adalah cabang fisika klasik yang menjelaskan proses interaksi antara listrik dan magnet dalam bentuk medan dan gaya.
Untuk mengetahui cabang ini secara mendalam, perlu ditekankan bahwa medan magnet diciptakan melalui arus listrik yang bergerak, dan medan magnet tersebut mampu menginduksi arus listrik atau, jika tidak memungkinkan, pergerakan muatan. Hubungan timbal balik ini diformalkan dalam persamaan Maxwell, yang menyatukan deskripsi fenomena listrik, magnetik, dan optik klasik.
Pada awalnya, elektromagnetisme terutama dianggap sebagai studi tentang fenomena yang terjadi di sekitar petir dan radiasi yang dihasilkan sebagai efek bercahaya. Seiring waktu, dipahami bahwa cahaya adalah sebuah gelombang elektromagnetik yang merambat melalui ruang angkasa, sehingga menghubungkan listrik, magnetisme, dan optik.
Magnetisme juga terdapat pada benda-benda seperti kompas, yang digunakan untuk tujuan ini di zaman kuno untuk memandu para pelancong. Perangkat ini bergantung pada interaksi antara magnet dan medan magnet Bumi.
Fenomena partikel diam telah diamati oleh budaya kuno; misalnya, bangsa Romawi mengamati bahwa menggosok sisir menarik partikel-partikel kecil, dan bangsa lain memperhatikan efek serupa dengan bahan-bahan seperti amber. Singkatnya, disimpulkan bahwa Muatan dengan tanda yang sama saling tolak menolak, dan muatan dengan tanda yang berbeda saling tarik menarik.Prinsip-prinsip dasar elektrostatika klasik.
Saat ini, elektromagnetisme klasik sangat penting untuk memahami dan merancang. rangkaian listrik, motor, generator, antena, sistem telekomunikasi, dan perangkat elektronik tradisional.di antara banyak teknologi lainnya.
Mekanika fluida
Cabang ilmu fisika klasik ini mempelajari aliran cairan dan gas yang ada, dari cabang inilah yang lain muncul subdisiplin seperti hidrodinamika dan aerodinamikayang masing-masing menganalisis pergerakan cairan dan gas.
Mekanika fluida diterapkan dalam disiplin ilmu berikut: Perhitungan gaya yang diterapkan pada pesawat terbang (desain sayap, badan pesawat, dan kontrol penerbangan), studi tentang pengangkutan minyak dan gas dalam pipa, desain sistem ventilasi dan pendingin udara, optimasi pompa dan turbin, serta dalam hal prediksi faktor iklim seperti angin, arus laut, atau pembentukan badai.
Cabang ini menganalisis properti seperti tekanan, viskositas, densitas, dan kecepatan aliranMemungkinkan pemodelan segala hal, mulai dari aliran darah dalam tubuh manusia hingga perilaku atmosfer.
Optik
Cabang fisika klasik ini berkaitan dengan studi tentang fenomena visual dan sifat cahayatermasuk kemungkinan interaksinya dengan materi. Analisis ini membahas bagaimana cahaya merambat, memantul, membias, tersebar, dan diserap dalam berbagai media.
Jelaskan semua proses yang terjadi pada cahaya tampak, ultraviolet, dan inframerah. Hal ini karena cahaya pada dasarnya adalah... gelombang elektromagnetik seperti sinar-X, gelombang mikro, dan gelombang radio itu sendiri, yang memiliki karakteristik umum meskipun dengan frekuensi dan energi yang berbeda.
Optik klasik secara umum dibagi menjadi:
- Optik geometrisyang mempelajari perambatan cahaya sebagai sinar lurus dan menjelaskan cara kerja lensa, cermin, dan sistem pembentukan citra.
- Optik fisikyang mempertimbangkan sifat gelombang cahaya dan menganalisis fenomena seperti interferensi, difraksi, dan polarisasi.
Cabang ini sangat penting untuk banyak disiplin ilmu seperti kedokteran (endoskop, laser bedah, sistem pencitraan diagnostik), fotografi, astronomi (teleskop dan observatorium), teknik (sensor dan serat optik) dan komunikasi (transmisi data melalui kabel serat optik).
Termodinamika
Kita lanjutkan dengan termodinamika. Cabang fisika ini mempelajari efek kerja, energi, dan panas pada suatu sistem tertentu. Ini adalah cabang fisika. relatif baru dalam kelompok klasikTermodinamika berkembang pesat dari studi tentang mesin uap dan proses pengubahan panas menjadi kerja mekanik. Singkatnya, termodinamika berkaitan dengan pengamatan, deskripsi, dan pengukuran berbagai fenomena yang terjadi ketika energi diubah.
Interaksi gas kecil yang terjadi pada skala mikroskopis diberi nama atau dijelaskan oleh teori kinetik gasIstilah-istilah ini saling terkait untuk melengkapi metode yang menjelaskan termodinamika makroskopis dan teori kinetik.
Terdapat hukum-hukum fundamental yang mengatur termodinamika, di antaranya adalah yang disebut Hukum pertama (kekekalan energi dalam bentuk panas dan kerja), yang hukum kedua (entropi dan arah alami proses) dan hukum nol (Definisi dan transitivitas suhu). Prinsip-prinsip ini memungkinkan kita untuk memahami mengapa beberapa proses bersifat ireversibel, berapa efisiensi teoritis maksimum dari mesin kalor, atau bagaimana sistem mencapai keseimbangan saat terjadi pertukaran kalor.
Termodinamika klasik diterapkan dalam desain mesin pembakaran, pembangkit listrik termal, sistem pendingin dan pendingin udaraserta dalam studi perubahan fase (peleburan, penguapan, kondensasi) dan dalam banyak proses industri di mana energi dan panas ditangani.
Meskipun fisika modern telah memperluas cakrawala pengetahuan, fisika klasik tetaplah sebuah alat penting dalam pelatihan ilmiah dan teknis, karena menyediakan konsep-konsep dasar yang memungkinkan kita untuk memahami dunia dalam skala manusia dan mendukung sebagian besar teknologi sehari-hari.
Setelah mempelajari cabang-cabangnya, menjadi jelas bahwa fisika klasik bukanlah disiplin ilmu yang usang, melainkan... sebuah pilar yang menjadi dasar bagi bidang teknik, banyak ilmu terapan, dan teori-teori modern.Menawarkan bahasa umum untuk menggambarkan materi, energi, dan interaksi keduanya.