פיזיקה

פִיזִיקָה (מהמילה היוונית φύσις, "פיסיס" – "טבע") היא ענף במדעי הטבע החוקר את חוקי היסוד של הטבע כפי שהם באים לידי ביטוי בכל מערכת הניתנת לתצפית, בכדור הארץ ובחלל. הנושאים בהם עוסקת הפיזיקה כוללים תנועת עצמים, התנהגות החומר, חקר האנרגיה והשפעת חוקי טבע מסוימים על רצף המרחב והזמן. מדע הפיזיקה מתפתח על ידי תצפיות וממצאים, המגובשים לכדי תאוריות וחוקים המתוארים לרוב בשפה של משוואות לוגיות. ככל שיש יותר תצפיות ומתקבלים יותר ממצאים מביצוע של ניסויים, עשויות התאוריות הללו להתעדכן ולהשתכלל.

נהוג לחלק את הפיזיקה לשני תחומים עיקריים:

ההבחנה בין פיזיקה מודרנית לבין קלאסית אינה קשיחה וברורה. לדוגמה תורת הכאוס שפותחה בעיקר בחצי השני של המאה ה-20 מסתמכת על הנחות יסוד של פיזיקה קלאסית בלבד ועדיין מהווה תחום מחקר מודרני ופעיל. מכניקה סטטיסטית שעוזרת רבות בחקר מודרני של מערכות רבות חלקיקים בעלי התנהגות קוונטית החלה את דרכה במאה ה-19, הרבה לפני תורת היחסות ומכניקת הקוונטים.

הפיזיקה קרובה מאוד למדעי טבע אחרים, במיוחד כימיה, מדע הפרודות והתרכובות הכימיות שהן יוצרות ביחד. הכימיה נסמכת על תחומים רבים בפיזיקה, ובפרט מכניקת הקוונטים, תרמודינמיקה ואלקטרודינמיקה. פיזיקה אטומית ופיזיקה מולקולרית נמצאות על התפר בין הפיזיקה לכימיה.

עיינו גם בפורטל

פורטל הפיזיקה מהווה שער לחובבי הפיזיקה ולמתעניינים בתחום. בפורטל תוכלו למצוא מידע על פיזיקאים חשובים, על ענפי הפיזיקה, על תאוריות פיזיקליות ועוד.

תולדות הפיזיקה

Table of Mechanicks, Cyclopaedia, Volume 2
טבלת המכניקה באנציקלופדיית צ'יימברס משנת 1728

העת העתיקה

מתחילת ההיסטוריה האנושית, ניסה האדם להבין את התנהגות החומר: מדוע עצמים נופלים לקרקע באין תמיכה, מדוע לחומרים שונים יש תכונות שונות, וכן הלאה. גם אופי היקום היה מסתורי, כמו צורת כדור הארץ והתנהגות גופים שמימיים, כמו השמש והירח. מספר תאוריות הוצעו, רובן היו שגויות. תאוריות אלו נוסחו ברובן במונחים פילוסופיים או מטאפיזיים, ומעולם לא אומתו בניסויים שיטתיים. יש יוצאים מן הכלל: לדוגמה, ההוגה היווני ארכימדס מצא תיאורים כמותיים נכונים רבים במכניקה והידרוסטטיקה.

לעומת זאת, דווקא בתחום האסטרונומיה גילו הקדמונים דיוק רב בביצוע תצפיות אחרי מסלולים של כוכבים ותיעוד תצפיות אלה. האסטרונומיה הייתה מפותחת ברוב התרבויות הגדולות, לרבות מצרים העתיקה, בבל העתיקה, סין, הודו ויוון העתיקה. האסטרונום היווני תלמי אף הציע מודל מתמטי-גאומטרי שהסביר בצורה נאה את תנועת הכוכבים כפי שנצפית בשמיים. אף על פי שהיה שגוי, מודל זה היה כה מוצלח מבחינה אמפירית שהוא שלט בכיפה עד להופעתו של המודל הקופרניקני. חשיבותו של המודל היווני לתנועת כוכבי הלכת היא השימוש במתמטיקה לצורך הפיזיקה, לא רק ככלי תיאורי גרידא אלא כביטוי כמותי לחוקי הטבע, שמהם אף אפשר לחזות תופעות שניתנות לצפייה על ידי ביצוע חישובים מתאימים על פרטי המודל.

הפיזיקה כמדע

GodfreyKneller-IsaacNewton-1689
אייזק ניוטון

בשלהי המאה ה־16 גלילאו היה הראשון שהשתמש בניסוי כדי לאמת תאוריות פיזיקליות, שהוא העיקרון המנחה של השיטה המדעית. גלילאו ניסח ובדק בהצלחה מספר תוצאות בדינמיקה, ובמיוחד חוק התנע. ב־1687 ניוטון פרסם את ספרו "היסודות המתמטיים של פילוסופית הטבע" (Principia Mathematica), המתאר שתי תאוריות פיזיקליות שלמות ומצליחות: חוקי התנועה של ניוטון, מהם נובעת המכניקה הקלאסית; וחוק הכבידה של ניוטון, המתאר את הכוח היסודי של הכבידה. שתי התאוריות התאימו היטב לניסויים. המכניקה הקלאסית הורחבה מאוד על ידי לגראנז', המילטון ואחרים, שיצרו ניסוחים, עקרונות ותוצאות חדשות. חוק הכבידה הביא לפיתוח שדה האסטרופיזיקה, המתאר תופעות אסטרונומיות בעזרת תאוריות פיזיקליות.

החל מן המאה ה־18, פותחה התרמודינמיקה על ידי בויל, יאנג ואחרים. בשנת 1733, ברנולי השתמש בטיעונים סטטיסטיים עם מכניקה קלאסית כדי להשיג תוצאות תרמודינמיות, והניח את היסוד למכניקה סטטיסטית. בשנת 1798, תומפסון הדגים המרת עבודה מכנית לחום, וב־1847 ג'אול ניסח את חוק שימור האנרגיה, בצורת חום ובצורת אנרגיה מכנית.

התנהגות החשמל והמגנטיות נחקרה על ידי פאראדיי, אוהם ואחרים. ב־1855 מקסוול איחד את שתי התופעות לתורה יחידה של אלקטרומגנטיות, המתוארת על ידי משוואות מקסוול. ניבוי של תורה זו היה שהאור הוא גל אלקטרומגנטי.

בשנת 1895 רנטגן גילה את קרני ה־X, שהתגלו כקרינה אלקטרומגנטית בתדר גבוה. רדיואקטיביות התגלתה על ידי אנרי בקרל, ונחקרה עוד על ידי פייר ומארי קירי, ואחרים. זה הניח את הבסיס לשדה הפיזיקה הגרעינית.

קיומו של האטום הוצע ב־1808 על ידי דלטון. ב־1897 גילה ג'יי ג'יי תומסון את האלקטרון, החלקיק היסודי הנושא זרם חשמלי במעגלים. ב־1904 הוא מציע את הדגם הראשון של האטום.

המאה ה-20 ואילך

הפיזיקה עברה מהפך כללי במאה ה-20. תורת היחסות שינתה את תפיסת הזמן והמרחב, ואת הבנת כוח הכבידה. תורת הקוונטים שינתה את התפיסה של פילוסופיה מכניסטית, ואת ההפרדה בין גלים לחלקיקים, ולאחר מכן המודל הסטנדרטי הכליל את התגובות הבסיסיות ביותר הידועות כיום בין חלקיקים. כתוצאה מההבנה הפיזיקלית של הטבע נוצרו חידושים טכנולוגיים רבים אשר שינו באופן מהותי את חיי היום-יום של בני האדם.

בשנת 1905 ניסח איינשטיין את תורת היחסות הפרטית, המאחדת את הזמן והמרחב לישות אחת, מרחב-זמן. הוא הגיע אל תורה זו מתוך התבוננות במשוואות מקסוול, ותוצאות ניסוי מייקלסון-מורלי. היחסות דורשת טרנספורמציה שונה בין מסגרות ייחוס מאשר המכניקה הקלאסית; דבר זה הצריך את פיתוח המכניקה היחסותית כתחליף למכניקה הקלאסית. בתחום המהירויות הנמוכות, שתי התאוריות תואמות. ב־1915 הרחיב איינשטיין את תורת היחסות הפרטית כדי להסביר את הכבידה עם תורת היחסות הכללית, המחליפה את חוק הכבידה של ניוטון. בתחום של מאסות ואנרגיות נמוכות, שתי התאוריות תואמות.

בשנת 1911, רתרפורד הסיק מניסויי פיזור את קיומו של גרעין אטומי, עם רכיבים בעלי מטען חשמלי חיובי, שכונו פרוטונים. נייטרונים, הרכיבים הנייטרליים בגרעין, התגלו ב־1932 על ידי צ'אדוויק.

החל בשנת 1900, פלאנק, איינשטיין, בוהר ואחרים פיתחו את תורות קוונטיות כדי להסביר תוצאות ניסויים לא רגילות על ידי הצגת רמות אנרגיה בדידות. ב־1925 הייזנברג, וב־1926 שרדינגר ודיראק, ניסחו את מכניקת הקוונטים, שהסבירה את התאוריות הקוונטיות שקדמו לה. במכניקה קוונטית, תוצאות מדידות פיזיקליות הן הסתברותיות לחלוטין. התורה מסבירה את חישוב ההסתברויות האלו. היא מסבירה בהצלחה את התנהגות החומר בקנה מידה קטן מאוד.

מכניקה קוונטית מספקת גם את הכלים התאורטיים עבור פיזיקת מצב מוצק, החוקרת את ההתנהגות הפיזיקלית של חומר מעובה הכולל תופעות כגון מבנים גבישיים, מוליכות למחצה ומוליכות על. בין חלוצי פיזיקת המצב המוצק היה פליקס בלוך, שיצר תיאור של התנהגות האלקטרונים במבנים גבישיים על פי המכניקה הקוונטית ב־1928.

במהלך מלחמת העולם השנייה, נערכו מחקרים על ידי הצדדים בתחום הפיזיקה הגרעינית, על מנת ליצור פצצה גרעינית. המאמץ הגרמני, שהונהג בידי הייזנברג, לא הצליח, אך פרויקט מנהטן של בעלות הברית הגיע אל מטרתו. באמריקה, צוות בראשות פרמי השיג את תגובת השרשרת הגרעינית שנעשתה בידי אדם הראשונה מעולם בשנת 1942, וב־1945 נוסה הנשק הגרעיני לראשונה באתר טריניטי, סמוך לאלאמוגורדו, ניו מקסיקו.

תורת השדות הקוונטית נוסחה על מנת להרחיב את המכניקה הקוונטית כך שתהיה עקבית עם היחסות הפרטית. היא השיגה את מטרתה בשלהי שנות ה־40 של המאה ה־20, עם עבודתם של ריצ'רד פיינמן, ג'וליאן שווינגר, טומונגה ודייסון. הם ניסחו את תורת האלקטרודינמיקה הקוונטית, המתארת את היחסים האלקטרודינמיים.

תורת השדות הקוונטית מספקת את המסגרת לפיזיקת החלקיקים המודרנית, החוקרת את הכוחות היסודיים ואת החלקיקים היסודיים. בשנת 1954 פיתחו ינג ומילס אוסף של תאוריות שסיפקו את המסגרת עבור המודל הסטנדרטי. המודל הסטנדרטי, שהושלם בשנות השבעים, מתאר בהצלחה את כמעט כל החלקיקים היסודיים שנצפו עד כה.

תגליות פיזיקליות מרכזיות

פיזיקה תאורטית

פיזיקה תאורטית או פיזיקה עיונית משתמשת במודלים מתמטיים ובהפשטת הפיזיקה בניסיון להבין את הטבע.

הפיזיקה המתמטית היא כלי מרכזי בתחום זה, על אף שישנן טכניקות נוספות בהן נעזרים. המטרה היא להבין, להסביר ולחזות תופעות פיזיקליות.

התקדמות המדע תלויה בדרך כלל בפעולה ההדדית בין הפיזיקה התאורטית והפיזיקה הניסויית. בחלק מהמקרים, דובקת הפיזיקה התאורטית בבסיס של המתמטיקה הקפדנית, בעוד היא נותנת משקל מועט לניסויים ותצפיות. למשל, בפיתוחו את תורת היחסות הפרטית, התעסק איינשטיין עם טרנספורמציות לורנץ שהשאירו את משוואות מקסוול קבועות, אולם לא התעניין באופן גלוי בניסוי מייקלסון-מורלי שעסק בתנועת כדור הארץ דרך האתר. מנגד, איינשטיין נשען על תהליך ניסויי נטול משוואות תאורטיות, בהסבירו את האפקט הפוטואלקטרי, דבר שזיכה אותו בפרס נובל.

כיווני מחקר עתידיים

נכון לשנת 2018, המחקר מתקדם במספר גדול של תחומים בפיזיקה.

בפיזיקת המצב המוצק, הבעיה התאורטית הבלתי פתורה הגדולה ביותר כיום היא ההסבר לעל מוליכות בטמפרטורות גבוהות. מאמצים רבים, ניסויים ברובם, מושקעים ביצירת ספינטרוניקה מעשית ומחשבים קוונטים.

בפיזיקת החלקיקים, העדויות הניסיוניות הראשונות לפיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי החלו להופיע. החשובה מביניהן היא העדות שלנייטרינו יש מסה לא אפסית. נראה שתוצאות ניסויות אלו פתרו את בעיית הנייטרינו הסולארי הוותיקה בפיזיקה של השמש. הפיזיקה של נייטרינו מסיביים היא כרגע תחום בו מבוצעים מחקרים תאורטיים וניסויים רבים. בשנת 2008, מאיצי חלקיקים החלו בחקר אנרגיות בקנה מידה של טרה-אלקטרון-וולט (טריליון אלקטרון-וולט), בו מקווים החוקרים למצוא עדויות לבוזון היגס ולבני זוג סופרסימטריים.

נסיונות תאורטיים לאחד את מכניקת הקוונטים ואת תורת היחסות הכללית לתאוריה אחת של כבידה קוונטית, תוכנית הנמשכת כבר מעל חצי מאה, טרם נשאו פרי. המועמד המוביל כיום הוא תורת M ה-11 ממדית.

תופעות אסטרונומיות טרם הוסברו, כולל קיומן של קרניים קוסמיות באנרגיה אולטרה גבוהה ושיעורי סיבוב לא צפויים של גלקסיות. הוצעו תאוריות לפתרון בעיות אלו, כולל יחסות פרטית כפולה, דינמיקה ניוטונית מתוקנת, וקיומו של חומר אפל. בנוסף, התחזיות הקוסמולוגיות של העשורים האחרונים נסתרו על ידי עדויות חדשות לפיהן התפשטות היקום מאיצה.

לקריאה נוספת

ספר: פיזיקה

קישורים חיצוניים

אופטיקה

אוֹפְּטִיקָה (מיוונית עתיקה: ops - עין, optikos - הקשור לראייה) היא תחום בפיזיקה המתאר את התכונות וההתנהגות של האור, ואת יחסי הגומלין בין אור לחומר. אופטיקה מסבירה תופעות אופטיות, שמצידן מדגימות את עקרונות האופטיקה.

האופטיקה נוכחת בחיי היום-יום: עדשת העין האנושית פועלת על-פי עקרונותיה, ותופעות רבות בהן הקשת בענן, פאטה מורגנה (מיראז'), ההילה סביב הירח או השמש, "כלבי השמש", ההבזק הירוק ועוד, הן אופטיות.

תחום האופטיקה מוקדש בדרך-כלל לתיאור ההתנהגות של אור נראה, אור תת-אדום, ואור על-סגול על הספקטרום האלקטרומגנטי; אולם היות שאור הוא קרינה אלקטרומגנטית, תופעות מקבילות מתרחשות גם בקרני רנטגן, קרינת מיקרוגל, גלי רדיו וסוגים אחרים של קרינה אלקטרומגנטית. לפיכך ניתן להתייחס לאופטיקה כאל תת-תחום של אלקטרומגנטיות. מספר תופעות אופטיות תלויות בטבעו הקוונטי של האור, ולפיכך תחומים מסוימים באופטיקה קשורים גם למכניקת הקוונטים.

עם זאת, אופטיקה, כתחום מחקר מדעי, נחשבת באופן כללי לנפרדת מקהילת המחקר הפיזיקלי. יש לה זהות משלה, עם עמותות וועידות מדעיות משלה. ההיבטים המדעיים גרידא של אופטיקה נקראים לעיתים מדע האופטיקה או אופטיקה פיזיקלית. תחום האופטיקה היישומית נקרא לעיתים הנדסה אופטית. הנדסה אופטית יישומית העוסקת במערכות תאורה נקראת הנדסת תאורה. לכל אחד מתחומי מחקר ועיסוק אלה יש יישומים משלו, מיומנויות טכניות נפרדות, מוקדי עניין שונים וקשרים מקצועיים נפרדים.

בשל החשיבות הרבה של "מדע האור" ליישומים מעשיים, תחום מדע האופטיקה וההנדסה האופטית נוטים להיות מאוד רב-תחומיים. ניתן למצוא עיסוק במדע האופטיקה כחלק מתחומים רבים ושונים, כגון הנדסת חשמל, פיזיקה, רפואה, ועוד.

אטום

האָטוֹם (ביוונית: ἄτομος), שפירושו "לא ניתן לחיתוך" - "א" (לא ניתן/לא אפשרי) "טומי" (חתך/חיתוך) הוא המערך החלקיקי הקטן ביותר שמטענו החשמלי הכולל הוא אפס, והמאפיין יסוד כימי ומבדיל אותו מיסודות כימיים אחרים. הוא מורכב מחלקיקים קטנים יותר שאינם מיוחדים לו אלא נמצאים במערכים שונים בכל היסודות הכימיים.

המונח "אטום" נטבע במאה ה-5 לפנה"ס על ידי הפילוסוף היווני דמוקריטוס, ששיער את קיומו של חלקיק שאינו בר חלוקה. בתחילת המאה ה-19 השתמש ג'ון דלטון בהשערה זו על מנת להסביר מדוע יסודות מגיבים ביניהם תמיד ביחסים כמותיים קבועים של מספרים שלמים. מאוחר יותר, בשנת 1897 גילה ג'יי ג'יי תומסון את האלקטרון והסיק כי הוא חלקיק המשותף לכל היסודות הכימיים. מכאן התברר כי היסודות ניתנים לחלוקה למרכיבים יסודיים יותר ולכן אינם ראויים לשם "אטום" במובנו המקורי. מכל מקום, השם "אטום" ממשיך לשמש עד היום ככינוי למערך החלקיקי הקטן ביותר של יסוד, מבלי לפקפק באפשרות קיומם של חלקיקי יסוד שבאמת אינם ניתנים לחלוקה, כהשערת דמוקריטוס.

רוב האטומים בטבע נמצאים בתצורה מולקולרית, כלומר במבנים המכילים שניים או יותר אטומים הקשורים זה לזה בקשר כימי.

כל יסוד בטבע מאופיין באטומים שכולם בעלי מספר פרוטונים מסוים המיוחד לאותו יסוד. מספר זה מכונה המספר האטומי. בטבלה המחזורית של דמיטרי מנדלייב רשומים היסודות השונים בסדר עולה לפי המספר האטומי שלהם, והם מסומנים בסימון מקוצר של אותיות לטיניות המיוחד לכל יסוד כימי. לדוגמה: C עבור אטום פחמן, ו-Al עבור אטום אלומיניום.

אטום שנגרעו ממנו או נוספו לו אלקטרונים כך שמטענו החשמלי שונה מאפס, נקרא יון.

איזוטופים הם אטומים בעלי אותו מספר אטומי אך נבדלים במספר הנייטרונים שבגרעיניהם (מספר האלקטרונים והפרוטונים באיזוטופים שונים של אותו אטום זהה).

המדע העוסק בתכונות מערכי האלקטרונים באטום נקרא פיזיקה אטומית. הכימיה עוסקת בקשרים שבין אטומים. פיזיקה גרעינית עוסקת במבנה גרעין האטום ובתגובות גרעיניות, כמו למשל פצצה גרעינית.

גודלו של אטום נע בין 62 פיקו-מטר (מיליונית של מיליונית מטר) עבור אטום הליום ל-500 פיקו-מטר עבור אטום צסיום. אטומים הם קטנים מכדי לראותם בעין, אך קיימים מיקרוסקופים בעלי כושר הבחנה עדין מספיק כדי להבחין בהם, למשל מיקרוסקופ מִנהור סורק, ואחרים המסוגלים לזהות את סוג האטום.

אסטרופיזיקה

אסטרופיזיקה (מיוונית: אסטרון - כוכב) היא ענף של האסטרונומיה העוסק בפיזיקה של היקום, ובפרט בתכונותיהם הפיזיות (בהירות, צפיפות, טמפרטורה, הרכב כימי) של עצמים אסטרונומיים כגון כוכבים, גלקסיות, חורים שחורים והחומר הבין-כוכבי, ובפעולות הגומלין ביניהם. קוסמולוגיה הוא ענף באסטרופיזיקה, העוסק בתאוריות בקנה המידה הגדול ביותר, בו תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין מהווה מרכיב מרכזי.

אסטרופיזיקה היא תחום רחב מאוד ובמסגרתה נעשה שימוש בתורות פיזיקליות רבות, כגון מכניקה, אלקטרומגנטיות, מכניקה סטטיסטית, תרמודינמיקה, מכניקה קוונטית, יחסות, פיזיקה מולקולרית, פיזיקה גרעינית ופיזיקת חלקיקים.

סיווג שמה של המחלקה הרלוונטית באוניברסיטה ("אסטרופיזיקה" למול "אסטרונומיה") נובע לעיתים קרובות מההיסטוריה של המחלקה ופחות מנושאי הלימוד והמחקר. לדוגמה, בפקולטה למדעים מדויקים של אוניברסיטת תל אביב פועל "בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה" ובמסגרתו עוסקים החוקרים הן באסטרופיזיקה תאורטית והן בתצפיות אסטרונומיות.

גביש

גביש (בלועזית: קריסטל) הוא תצורת חומר במצב צבירה מוצק.

המאפיין העיקרי של גביש הוא סדר פנימי ארוך טווח, כלומר, קיים מבנה בסיסי, הנקרא תא יחידה, החוזר על עצמו למלוא המרחב (תא היחידה דומה לאריח שבאמצעותו מרצפים חדר גדול, אך הוא תלת ממדי ולא דו ממדי). הגביש פותר את בעיית הריצוף הגאומטרית, בשלושה ממדים. ישנם חומרים רבים המופיעים בטבע בצורת גביש, למשל מלח, קוורץ, קלציט. פעמים רבות הסדר הקפדני של המבנה הפנימי בא לידי ביטוי בצורה החיצונית של החומר, כלומר לפעמים יש לגבישים צורה יפה בעלת סימטריה מובהקת.

הענף העוסק בחקר הגבישים נקרא קריסטלוגרפיה; במיוחד מתייחס מונח זה לחקר מבנה הגבישים באמצעות קרינה (קרני רנטגן, או קרינת אלקטרונים למשל). תהליך שבו חומר הופך עצמו לגביש נקרא התגבשות; תהליך שבו הופכים באופן פעיל חומר לגביש נקרא גיבוש. שני המושגים נקראים בלועזית קריסטליזציה.

תכונות רבות של החומר מוסברות על ידי הבנת המבנה הגבישי שלו, למשל הסדר הפנימי של הגביש יוצר "קווי שבירה" טבעיים, שלעיתים מאפשרים במאמץ קטן לשבור את המבנה. תכונה זו של גבישים נקראת פצילות.

דקה

דקה היא יחידת זמן המוגדרת כ- 1/60 של שעה או כ-60 שניות (ישנן דקות בעלות 61 שניות - דקה מעוברת).

יחידת הדקה לא מוכרת כיחידת SI. בגאומטריה, דקה היא יחידת זווית, המוגדרת כ- 1/60 של מעלה. יחידה זו נקראת דקת קשת. יחידה הנגזרת מיחידה זו היא שניית קשת (1/60 של דקת קשת).

באסטרונומיה, דקה היא יחידת זווית וזמן. דקה היא 1/60 של שעת עלייה ישרה.

הסימון הפורמלי לדקה הוא גרש ישר - ('). לדוגמה, 15 דקות יכתבו כך - '15. אולם, הסימון הנפוץ ביותר הוא הגרש הנטוי המקובל (′).

כדור הארץ עובר 15 דקות קשת בכל דקת זמן אחת. דקת קשת אחת בקו המשווה היא בקירוב מייל ימי אחד.

הסיבה לחלוקת השעה ל-60 דקות נובעת ככל הנראה מהשפעת הבבלים, אשר השתמשו בבסיס ספירה 60 כשיטת הספירה שלהם.

חום (פיזיקה)

חום הוא מושג בפיזיקה המתאר מעבר של אנרגיה מגוף אחד למשנהו. מעבר זה יכול להיגרם כתוצאה ממגע ביניהם, כגון בתנור חימום; כתוצאה מערבוב, כגון במיזוג אוויר; או כתוצאה מקרינה, כגון בחימום בעזרת לייזר (הולכה, הסעה וקרינה.). ענף הפיזיקה העוסק בחום קרוי "תרמודינמיקה". החום קשור באופן הדוק לעובדה שהעולם בנוי ממספר אדיר של חלקיקים מיקרוסקופיים. כאשר אנרגיה עוברת בין מערכות בעזרת אינטראקציות רבות מאוד של מספר גדול של חלקיקים, מדובר במעבר חום.

בלשון הדיבור המילה "חם" מתייחסת לטמפרטורה של עצם, אולם מבחינה פיזיקלית חום הוא מושג שונה מטמפרטורה. טעות נפוצה נוספת קושרת את החום לאנרגיה הפנימית או לאנרגיה התרמית של גוף, אולם מדובר במושגים פיזיקליים שונים. חום אינו מתייחס לאנרגיה שמצויה בתוך גוף כלשהו אלא רק לאנרגיה העוברת מגוף אחד לאחר.

חום (צבע)

הצבע החוּם הוא שם כולל לגוונים כהים של כתום המתקבלים מעירבוב של צבעי היסוד - כחול צהוב ואדום. התפיסה החזותית של הצבע החום קיימת רק בנוכחות ניגוד עם צבע בהיר יותר.

בשונה מצבעים אחרים, לא ניתן לקבל צבע חום מאור מונוכרומטי אלא רק משילוב מקורות אור או מהחזרה ממשטח בצבע מתאים.

כוח (פיזיקה)

בפיזיקה, כוח הוא אינטראקציה שיכולה לגרום לשינוי בתנועה של גוף. הכוח הוא גודל פיזיקלי וקטורי, מסומן באות הלטינית , ויחידת המידה שלו במערכת היחידות הבינלאומית היא ניוטון.

כוח הפועל על גוף יכול לגרום לשינוי במצבו של הגוף, או להתנגד לכוח אחר הפועל על אותו גוף. הדינמיקה היא התורה העוסקת בתנועתו של גוף בהשפעת כוחות, ובבסיסה שלושת חוקי התנועה של ניוטון, המתארים את היחס בין כוח לתנועה:

בניסוח נוסף, תאוצתו של גוף עומדת ביחס ישר לכוח הפועל עליו וביחס הפוך למסתו. בניסוח מתמטי: . נוסחה זו נכונה בתנאי שהמסה אינה משתנה.

המכניקה הניוטונית מבוססת על מושג הכוח, אך פילוסופים כדוגמת ג'ורג' ברקלי ודייוויד יום התנגדו למכניקה של ניוטון וטענו שהכוח שהנהיג ניוטון הוא לא יותר מאשר פיקציה מתמטית. הם טענו שלא ניתן למדוד כוחות, ובוודאי שלא באופן ישיר. לדוגמה: מדידת כוח על ידי התארכות קפיץ - בפועל המדידה היא עד כמה התארך הקפיץ, והטענה שההתארכות נבעה מפעולה של כוח עליו היא כבר פרשנות של הצופה. עוד הם טענו שהחוק השני של ניוטון הוא בעצם טאוטולוגיה מאחר שעל ידי תאוצה מוגדרת פעולה של כוח. ניוטון היה מודע לבעייתיות של מושג הכוח ומערכת ייחוס מוחלטת וניסה להצדיק את השימוש במושג זה בתחילת ספרו "עקרונות מתמטיים של פילוסופיית הטבע". עוד בעייתיות שהייתה אז במושג הכוח היא הבעיה של כוחות מדומים (עקרון ד'אלמבר) וכוח האינרציה (התמד) שאותו פירש ניוטון ככוח פנימי של הגוף.

למרות הבעייתיות הפילוסופית, תורת המכניקה של ניוטון הייתה מוצלחת ביותר באופן ניסיוני ופעלה כראוי לכל צורך מעשי, ולכן נתקבלה כנכונה במהירות רבה. רק בסוף המאה ה-19, בעקבות גילויים בתחום האלקטרומגנטיות והפיזיקה האטומית החלה להתערער נכונותה, והמכניקה היחסותית של אלברט איינשטיין מציגה את המכניקה הניוטונית כמקרה פרטי של תנועה במהירויות נמוכות.

כוח סוס

כוח סוס (כ"ס) הוא יחידת הספק לא תקנית. הספק של כוח סוס אחד מוגדר כהספק של הרמת 75 ק"ג לגובה מטר אחד בשנייה אחת. דוגמה: מנוע שיש לו הספק של 100 כוחות סוס מסוגל להרים 750 ק"ג לגובה 10 מטר בשנייה אחת. לפי הגדרה זו כוח סוס שווה ערך לכ-736 ואט (כוח סוס מטרי). הגדרה נוספת קיימת היא שכוח סוס הוא שווה ערך ל-746 ואט, שהם 33,000 ליברות-רגל לדקה (כוח סוס אימפריאלי). תומאס סייוורי, מחלוצי המפתחים והממציאים של מנוע הקיטור, היה הראשון שהשווה את ההספק של מנוע לעבודתו של סוס.כוח סוס איננה יחידת מידה מטרית, והיא איננה חלק ממערכת היחידות הבינלאומית (SI). כוח סוס הוא מושג מיושן, אם כי בהקשרים מסוימים השימוש בו עדיין נרחב. המושג לא מצוי בשימוש בשיח המדעי, הן בשל העדר הגדרה תקנית ומקובלת, הן בשל חוסר הנוחות הנובעת מהיעדר קשר בינה לבין מערכת ה-SI, והן בשל קיומה של יחידת המידה התקנית ואט. עם זאת, יחידת המידה עדיין נמצאת בשימוש נרחב למטרות מדידת הספק של מנועים בתעשיות הרכב, הרכבות וכלי התעופה וכן להגדרת הספק במזגנים ויחידות קירור.

המונח כוח סוס בלימה מציין את ההספק הנמסר על ידי המנוע לצרכן (מכונה, גלגלי מכונית, אלטרנטור וכו') ונמדד על ידי דינמומטר.

מוצק

מוצק הוא אחד ממצבי הצבירה של החומר.

זהו מצב הצבירה הצפוף והקשה ביותר בו המולקולות של החומר קרובות האחת לשנייה יותר מאשר בשני מצבי הצבירה האחרים. למרות שאין היפרדות בין החלקיקים, מתרחשות תנודות של כל אטום, שבהן הוא רועד ומתנגש בשאר האטומים שלידו. לחומרים במצב מוצק יש צורה מוגדרת (להבדיל מנוזל ומגז שלהם אין צורה מוגדרת - הם מקבלים את צורת הכלי שבו הם נמצאים) ונפח שאינו תלוי בצורת הכלי (בדומה לנוזל, אך להבדיל מגז).

כדי להפוך מים למצב מוצק (קרח), צריך להגיע לנקודת הקיפאון (0°) בלחץ של אטמוספירה אחת. (בדומה להפיכת המים למצב גז שמתחיל בנקודת הרתיחה 100°).

יש מוצקים הזקוקים לחום קיצוני כדי לעבור למצב נוזלי (למשל:ברזל), יש מוצקים שמספיק בחום אש רגילה כדי להפוך אותם לנוזלים (למשל:שעווה), ויש מוצקים שכבר בטמפרטורה של כ- 80°- יהפכו לגז (קרח יבש).

מכניקה

מֵכָנִיקָה (מיוונית: μηχανική) היא ענף מדעי העוסק בהתנהגות גוף פיזי כאשר מופעל עליו כוח או העתק, וההשלכות מכך על סביבת הגוף. תחילתו של הענף ביוון העתיקה בכתבי אריסטו וארכימדס. בתקופה זו הייתה מקובלת הפיזיקה של אריסטו כאמת מדעית.

בתחילת העת החדשה, מדענים כמו גלילאו גליליי, יוהאנס קפלר ובמיוחד אייזיק ניוטון הניחו את היסודות למה שכיום מוכר כמכניקה קלאסית - ענף של הפיזיקה העוסק בגופים העומדים או נעים במהירות הנמוכה בהרבה ממהירות האור. כמאה שנים לאחר מכן, נוסחו תורת היחסות הכללית והפרטית בידי אלברט איינשטיין העוסקות בגופים הנעים במהירות האור או במהירויות קרובות אליה, ובמקביל התגבשה תורה מדעית נוספת בתחום - מכניקת הקוונטים, זו העוסקת בדינמיקה של חלקיקים בסקאלות קטנות (מסדר גודל אטומי).

ניתן להגדיר את המכניקה כתורה העוסקת בתנועה ובכוחות המופעלים על גופים.

בעוד שהמכניקה הקלאסית היא מערכת שלמה ומסודרת, שהמחקר בה - בהכללה כמובן - הגיע לתומו, הרי שמכניקת הקוונטים עדיין סובלת מסתירות בסיסיות וחוסר הבנה שלמה של חוקיה. לשם השלמתה של מכניקת הקוונטים, חסרה התאוריה של הכול שהמדע מתקשה להגדירה.

מכניקת הקוונטים

מכניקת הקוונטים (באנגלית: Quantum mechanics), או בשמות אחרים: פיזיקה קוונטית, תורת הקוונטים, מֵכָנִיקָה קְוַנְטִית או QM, היא תורה פיזיקלית המתארת את התנהגות הטבע בקני מידה קטנים ביותר, עם השלכות על תחומי הפיזיקה בכל הסקאלות. התורה מספקת תיאור כמותי ויכולת ניבוי של שלל תופעות שלא ניתנות להסבר במסגרת המכניקה הקלאסית (זו שקדמה למכניקת הקוונטים) והאלקטרודינמיקה הקלאסית. את מרבית התאוריות הקלאסיות ניתן לקבל כגבול של מכניקת הקוונטים, ממש כשם שהמכניקה הניוטונית מתקבלת כגבול של תורת היחסות הכללית. התאוריות המודרניות הללו, שהפכו את פני הפיזיקה בתחילת המאה ה-20, מכילות את שקדם להן כמקרה קצה ומרחיבות לתיאור נכון יותר של הטבע.

על אף ניסיונות רבים (כמו תורת המיתרים ותורת כבידה קוונטית), טרם נמצאה חד-משמעית תורה המאחדת את תורת הקוונטים עם תורת היחסות הכללית.

במכניקת הקוונטים, תכונות פיזיקליות מדידות מסוימות, כמו רמות האנרגיה באטום מימן, מקבלות ערכים בדידים (דיסקרטיים, "מקוונטטים") ולא רציפים. תופעה זו נקראת קווינטוט, או קוונטיזציה, והמרווחים הקטנים ביותר בין הערכים הבדידים נקראים קוונטות (קוונט - מלטינית: כמות). גודל של קוונט טיפוסי משתנה ממערכת למערכת.

תחת תנאים ניסיוניים מסוימים עצמים מיקרוסקופיים כמו אטומים או אלקטרונים מגלים התנהגות גלית, כמו התאבכות. תחת תנאים אחרים, אותם עצמים מגלים תכונות של חלקיק (עצם שניתן לומר בוודאות באיזה תחום מרחבי הוא נמצא), למשל פיזור. תופעה זו נקראת דואליות גל-חלקיק. על פי מכניקת הקוונטים, דואליות זו קיימת בעצמים מכל סדר גודל. עבור עצמים מאקרוסקופיים אורכי הגל כה קצרים עד כי לא ניתן להבחין בתכונות הגליות כלל.

מכניקת הקוונטים היא תורה הסתברותית. כלומר, בניגוד למכניקה הקלאסית, במקרה הכללי מכניקת הקוונטים אינה יכולה לחזות איזו תוצאה תתקבל בניסוי, אלא רק את ההסתברות לקבל אותה. מבדיקות שנעשו על צבר של ניסויים זהים, התפלגות התוצאות שהתקבלה התאימה בדיוק רב לחיזוי שסיפקה מכניקת הקוונטים.

יישומים של התאוריה הקוונטית כוללים לייזרים, שבבים מוליכים למחצה, מוליכי על, מחשוב קוונטי, מכשור רפואי (כמו MRI), מכשירי תקשורת ועוד. חלק גדול מהטכנולוגיה שבה משתמשים כיום מבוסס על מכניקה קוונטית.

מרחב (פיזיקה)

בפיזיקה, המרחב הוא ה"זירה" שבה מתרחשים כל האירועים הפיזיקליים ביקום. כל אירוע פיזיקלי ניתן לשיוך למקום מסוים במרחב, ברמת דיוק המוכתבת מעקרון אי הוודאות. מקום במרחב ניתן להגדרה באמצעות מערכת קואורדינטות נבחרת.

המרחב הפיזיקלי מאופיין בתכונות שאנו רגילים אליהן מניסיוננו היומיומי: הוא רציף (לפחות באופן מעשי); הוא בעל 3 ממדים, כלומר בעל נפח; מתקיימת בו הפרדה של מרחקים (מטריקה); ואפשר לחבר בו דרכים ליניאריות. על כן, מבחינה מתמטית נהוג למדל את המרחב הפיזיקלי כמרחב האוקלידי באמצעות הנורמה האוקלידית (המושרית על ידי מכפלה סקלרית) ולתארו באמצעות מערכת צירים קרטזית תלת-ממדית.

פיזיקאי

פיזיקאי הוא מדען העוסק בחקר הפיזיקה.

הכשרה למקצוע פיזיקאי ניתנת באוניברסיטאות, במסגרת מחלקות לפיזיקה, בהתמחויות שונות, שהעיקריות שבהן הן פיזיקה תאורטית ופיזיקה ניסויית. שתי ההתמחויות כוללות הכרות עם תאוריית הפיזיקה, אך בעוד שהפיזיקאי הניסויי בוחן את השערותיו באמצעות ניסוי, הפיזיקאי העיוני מנסה להסביר את תוצאות הניסויים באמצעות מודל מתמטי ולספק תחזיות לתוצאות של ניסויים עתידיים. הפיזיקאי העיוני עשוי לפתח תוכנות מחשב לשם עריכת סימולציות או חישובים נומריים כבדים (בדרך כלל עבור פתרון בעיות מתמטיות אשר בלתי ניתנות לפתרון אנליטי), בעוד שהפיזיקאי הניסויי עשוי לפתח מכשירי מדידה ושיטות חדשות לביצוע ניסויים. גם הפיזיקאי הניסויי משתמש במחשב לשם עריכת סימולציות של ניסויים, עיבוד התוצאות מניסויים, כיול מכשירי המדידה ואינטראקציה עם מכשירי מדידה מתוחכמים נעשים על פי רוב באמצעות מחשבים.

מכיוון שהפיזיקאי העיוני זקוק בדרך כלל רק לכוח חישוב, אשר מסופק לעיתים על ידי מחשב ביתי, קל למצוא מימון לפעילות בפיזיקה עיונית. הפיזיקאי העיוני יכול לעבוד גם בביתו. הפעילות בפיזיקה ניסויית לעומת זאת כרוכה בצרכים כספיים גבוהים בדרך כלל, ולכן היא מוגבלת למוסדות מחקריים, ולעיתים מחייבת שימוש במתקני ניסוי יחידים מסוגם בעולם, כגון CERN.

בישראל מתקיימים לימודי פיזיקה בכל האוניברסיטאות מלבד אוניברסיטת חיפה.

פיזיקאים פעילים באוניברסיטאות, בהוראה ובמחקר בענפי הפיזיקה הרבים. בנוסף להוראה במסגרת המחלקות לפיזיקה, ניתנים קורסי יסוד בפיזיקה גם לתלמידי הנדסה, מדעים מדויקים ורפואה. פיזיקאים מועסקים גם בתעשייה, ובפרט בתעשיית ההיי טק.

אות ההוקרה החשוב ביותר על הישגים בתחום הפיזיקה הוא פרס נובל לפיזיקה, המוענק לפיזיקאים ולעוסקים בתחומים קרובים.

פיזיקה גרעינית

פיזיקה גרעינית היא ענף בפיזיקה המודרנית העוסק בחקר גרעין האטום ותהליכי הגומלין המתרחשים בו.

פיזיקת חלקיקים

פִיזִיקַת חֶלְקִיקִים היא ענף בפיזיקה שחוקר את המבנים הבסיסיים של החומר והקרינה ואת התגובות ביניהם. ענף זה בפיזיקה נקרא גם לעיתים פיזיקה של אנרגיות גבוהות, מכיוון שחלקיקים יסודיים רבים אינם מופיעים במצבים רגילים בטבע, אך יכולים להיווצר ולהתגלות במהלך התנגשויות אנרגטיות של חלקיקים אחרים, כפי שקורה במאיצי חלקיקים.

מודל החלקיקים הבסיסי נקרא המודל הסטנדרטי והוא מאחד את כל החלקיקים היסודיים המוכרים והכוחות בטבע, מלבד כבידה. התורה הפיזיקלית המשמשת כבסיס המתמטי לפיזיקת החלקיקים ולמודל הסטנדרטי היא תורת השדות הקוונטית.

קילומטר

קילומטר (בראשי תיבות: ק"מ; ביוניקוד km‏) הוא יחידת מידה תקנית למדידת מרחק (אורך) במערכת היחידות הבינלאומית, SI. קילומטר שווה לאלף מטר.

קילומטר הוא היחידה המקובלת ברוב מדינות העולם למדידת מרחק בין מקומות גאוגרפיים.

שעה

שעה היא יחידת זמן השווה ל-60 דקות שהן 3,600 שניות. שעה היא גם בערך החלק העשרים וארבעה של החציון של אורכן של היממות בשנה. בעוד שהיממה היא יחידת זמן טבעית (אורכה נגזר ממשך הסיבוב של כדור הארץ סביב צירו), הרי השעה (והדקה והשנייה) היא יחידת זמן מלאכותית, משום שמספר השעות ביממה הוא מספר שרירותי.

תנועה (פיזיקה)

תנועה היא מושג מרכזי בפיזיקה, שמשמעותו שינוי במיקום של גוף במהלך הזמן ביחס לסביבתו, כפי שהמיקום נמדד על ידי צופה במערכת ייחוס מסוימת.

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.