LES 13 BRANCHES DE LA PHYSIQUE CLASSIQUE ET MODERNE - PHYSIQUE - 2024

Parmi les branches de la physique classique et moderne, on peut mettre en évidence l'acoustique, l'optique ou la mécanique dans le domaine le plus primitif, et la cosmologie, la mécanique quantique ou la relativité dans celles d'application plus récente.

La physique classique décrit les théories développées avant 1900, et la physique moderne les événements survenus après 1900. La physique classique traite de la matière et de l'énergie, à une échelle macro, sans aller plus loin dans les études plus complexes des quantums. de la physique moderne.

Max Planck, l'un des scientifiques les plus importants de l'histoire, a marqué la fin de la physique classique et le début de la physique moderne avec la mécanique quantique.

Branches de la physique classique

1- Acoustique

L'oreille est l'instrument biologique par excellence pour recevoir certaines vibrations ondulatoires et les interpréter comme un son.

L'acoustique, qui traite de l'étude du son (ondes mécaniques dans les gaz, les liquides et les solides), est liée à la production, au contrôle, à la transmission, à la réception et aux effets du son.

La technologie acoustique comprend la musique, l'étude des phénomènes géologiques, atmosphériques et sous-marins.

La psychoacoustique étudie les effets physiques du son sur les systèmes biologiques, présents depuis que Pythagore a entendu, pour la première fois, les sons de cordes vibrantes et de marteaux frappant des enclumes au VIe siècle av. Mais le développement le plus choquant en médecine est la technologie des ultrasons.

2- Électricité et magnétisme

L'électricité et le magnétisme proviennent d'une seule force électromagnétique. L'électromagnétisme est une branche de la science physique qui décrit les interactions de l'électricité et du magnétisme.

Le champ magnétique est créé par un courant électrique en mouvement et un champ magnétique peut induire le mouvement de charges (courant électrique). Les règles de l'électromagnétisme expliquent également les phénomènes géomagnétiques et électromagnétiques, décrivant comment les particules chargées d'atomes interagissent.

Auparavant, l'électromagnétisme était vécu sur la base des effets de la foudre et du rayonnement électromagnétique en tant qu'effet lumineux.

Le magnétisme a longtemps été utilisé comme un instrument fondamental pour la navigation guidée par boussole.

Le phénomène des charges électriques au repos a été détecté par les anciens Romains, qui ont observé la manière dont un peigne frotté attirait les particules. Dans le contexte de charges positives et négatives, comme les charges se repoussent, et différentes charges s'attirent.

Vous voudrez peut-être en savoir plus sur ce sujet en découvrant les 8 types d'ondes électromagnétiques et leurs caractéristiques.

3- Mécanique

Elle est liée au comportement des corps physiques, lorsqu'ils sont soumis à des forces ou à des déplacements, et aux effets ultérieurs des corps dans leur environnement.

À l'aube du modernisme, les scientifiques Jayam, Galileo, Kepler et Newton ont jeté les bases de ce que l'on appelle maintenant la mécanique classique.

Cette sous-discipline traite du mouvement des forces sur des objets et des particules qui sont au repos ou se déplacent à des vitesses nettement plus lentes que celle de la lumière. La mécanique décrit la nature des corps.

Le terme corps comprend les particules, les projectiles, les vaisseaux spatiaux, les étoiles, les parties de machines, les parties de solides, les parties de fluides (gaz et liquides). Les particules sont des corps avec peu de structure interne, traités comme des points mathématiques en mécanique classique.

Les corps rigides ont une taille et une forme, mais conservent une simplicité proche de celle de la particule et peuvent être semi-rigides (élastique, fluide).

4- Mécanique des fluides

La mécanique des fluides décrit l'écoulement des liquides et des gaz. La dynamique des fluides est la branche d'où émergent des sous-disciplines telles que l'aérodynamique (l'étude de l'air et d'autres gaz en mouvement) et l'hydrodynamique (l'étude des liquides en mouvement).

La dynamique des fluides est largement appliquée: pour le calcul des forces et des moments dans les avions, la détermination de la masse du fluide pétrolier à travers les pipelines, en plus de la prédiction des conditions météorologiques, la compression des nébuleuses dans le modélisation de l'espace interstellaire et de la fission d'armes nucléaires.

Cette branche offre une structure systématique qui englobe des lois empiriques et semi-empiriques dérivées de la mesure du débit et utilisées pour résoudre des problèmes pratiques.

La solution à un problème de dynamique des fluides implique le calcul des propriétés des fluides, telles que la vitesse d'écoulement, la pression, la densité et la température, ainsi que les fonctions de l'espace et du temps.

5- Optique

L'optique traite des propriétés et des phénomènes de la lumière et de la vision visibles et invisibles. Étudiez le comportement et les propriétés de la lumière, y compris ses interactions avec la matière, en plus de construire des instruments appropriés.

Décrit le comportement de la lumière visible, ultraviolette et infrarouge. La lumière étant une onde électromagnétique, d'autres formes de rayonnement électromagnétique telles que les rayons X, les micro-ondes et les ondes radio ont des propriétés similaires.

Cette branche est pertinente pour de nombreuses disciplines connexes telles que l'astronomie, l'ingénierie, la photographie et la médecine (ophtalmologie et optométrie). Ses applications pratiques se trouvent dans une variété d'objets et de technologies du quotidien, notamment les miroirs, les lentilles, les télescopes, les microscopes, les lasers et les fibres optiques.

6- Thermodynamique

Branche de physique qui étudie les effets du travail, de la chaleur et de l'énergie dans un système. Il est né au 19ème siècle avec l'apparition de la machine à vapeur. Il ne traite que de l'observation et de la réponse à grande échelle d'un système observable et mesurable.

Les interactions gazeuses à petite échelle sont décrites par la théorie cinétique des gaz. Les méthodes se complètent et sont expliquées en termes de thermodynamique ou de théorie cinétique.

Les lois de la thermodynamique sont:

• Loi d'enthalpie: Relie les différentes formes d'énergie cinétique et potentielle, dans un système, au travail que le système peut faire, plus le transfert de chaleur.
• Cela conduit à la deuxième loi et à la définition d'une autre variable d'état appelée loi d'entropie.
• La loi zéro définit l'équilibre thermodynamique à grande échelle, de la température par opposition à la définition à petite échelle liée à l'énergie cinétique des molécules.

Branches de la physique moderne

7- Cosmologie

C'est l'étude des structures et de la dynamique de l'Univers à plus grande échelle. Recherchez son origine, sa structure, son évolution et sa destination finale.

La cosmologie, en tant que science, est née du principe de Copernic - les corps célestes obéissent à des lois physiques identiques à celles de la Terre - et de la mécanique newtonienne, qui nous a permis de comprendre ces lois physiques.

La cosmologie physique a commencé en 1915 avec le développement de la théorie générale de la relativité d'Einstein, suivie de grandes découvertes d'observation dans les années 1920.

Les progrès spectaculaires de la cosmologie observationnelle depuis les années 1990, y compris le fond de micro-ondes cosmique, les supernovae lointaines et les soulèvements redshift de la galaxie, ont conduit au développement d'un modèle standard de cosmologie.

Ce modèle adhère au contenu de grandes quantités de matière noire et d'énergies noires contenues dans l'univers, dont la nature n'est pas encore bien définie.

8- Mécanique quantique

Branche de physique qui étudie le comportement de la matière et de la lumière, à l'échelle atomique et subatomique. Son objectif est de décrire et d'expliquer les propriétés des molécules et des atomes et de leurs composants: électrons, protons, neutrons et autres particules plus ésotériques comme les quarks et les gluons.

Ces propriétés comprennent les interactions des particules entre elles et avec le rayonnement électromagnétique (lumière, rayons X et rayons gamma).

De nombreux scientifiques ont contribué à l'établissement de trois principes révolutionnaires qui ont progressivement été acceptés et vérifiés expérimentalement entre 1900 et 1930.

• Propriétés quantifiées. La position, la vitesse et la couleur ne peuvent parfois se produire que dans des quantités spécifiques (comme en cliquant sur numéro par numéro). Ceci est en contraste avec le concept de la mécanique classique, qui dit que de telles propriétés doivent exister sur un spectre plat et continu. Pour décrire l'idée que certaines propriétés cliquent, les scientifiques ont inventé le verbe quantifier.
• Particules légères. Les scientifiques ont réfuté 200 ans d'expériences en postulant que la lumière peut se comporter comme une particule et pas toujours «comme des vagues / vagues dans un lac».
• Des vagues de matière. La matière peut aussi se comporter comme une vague. Ceci est démontré par 30 ans d'expériences qui affirment que la matière (comme les électrons) peut exister sous forme de particules.

9- Relativité

Cette théorie englobe deux théories d'Albert Einstein: la relativité restreinte, qui s'applique aux particules élémentaires et leurs interactions - décrivant tous les phénomènes physiques à l'exception de la gravité - et la relativité générale qui explique la loi de la gravitation et sa relation avec d'autres forces de la nature.

Cela s'applique au domaine de la cosmologie, de l'astrophysique et de l'astronomie. La relativité a transformé les postulats de la physique et de l'astronomie au XXe siècle, bannissant 200 ans de théorie newtonienne.

Il a introduit des concepts tels que l'espace-temps en tant qu'entité unifiée, la relativité de la simultanéité, la dilatation cinématique et gravitationnelle du temps et la contraction de la longitude.

Dans le domaine de la physique, il a amélioré la science des particules élémentaires et de leurs interactions fondamentales, ainsi que l'inauguration de l'ère nucléaire.

La cosmologie et l'astrophysique ont prédit des phénomènes astronomiques extraordinaires tels que les étoiles à neutrons, les trous noirs et les ondes gravitationnelles.

10-Physique nucléaire

C'est un domaine de la physique qui étudie le noyau atomique, ses interactions avec d'autres atomes et particules, et ses constituants.

11-Biophysique

Formellement, c'est une branche de la biologie, bien qu'elle soit étroitement liée à la physique, car elle étudie la biologie avec des principes et des méthodes physiques.

12-Astrophysique

Formellement, c'est une branche de l'astronomie, bien que étroitement liée à la physique, car elle étudie la physique des étoiles, leur composition, leur évolution et leur structure.

13-Géophysique

C'est une branche de la géographie, bien qu'elle soit étroitement liée à la physique, puisqu'elle étudie la Terre avec les méthodes et les principes de la physique.

Exemples de recherche de chaque branche

1- Acoustique: recherche UNAM

Le laboratoire d'acoustique du Département de physique de la Faculté des sciences de l'UNAM mène des recherches spécialisées dans le développement et la mise en œuvre de techniques permettant d'étudier les phénomènes acoustiques.

Les expériences les plus courantes incluent différents milieux avec des structures physiques différentes. Ces supports peuvent être des fluides, des souffleries ou l'utilisation d'un jet supersonique.

Une enquête actuellement en cours à l'UNAM est le spectre de fréquences d'une guitare, selon l'endroit où elle est frappée. Les signaux acoustiques émis par les dauphins sont également à l'étude (Forgach, 2017).

2- Électricité et magnétisme: effet des champs magnétiques dans les systèmes biologiques

L'Université du district Francisco José Caldas mène des recherches sur l'effet des champs magnétiques sur les systèmes biologiques. Tout cela afin d'identifier toutes les recherches antérieures qui ont été faites sur le sujet et d'émettre de nouvelles connaissances.

La recherche indique que le champ magnétique terrestre est permanent et dynamique, avec des périodes alternées d'intensité élevée et faible.

Ils parlent également des espèces qui dépendent de la configuration de ce champ magnétique pour s'orienter, comme les abeilles, les fourmis, les saumons, les baleines, les requins, les dauphins, les papillons, les tortues, entre autres (Fuentes, 2004).

3- Mécanique: corps humain et apesanteur

Depuis plus de 50 ans, la NASA mène des recherches sur les effets de l'apesanteur sur le corps humain.

Ces enquêtes ont permis à de nombreux astronautes de se déplacer en toute sécurité sur la Lune, ou de vivre plus d'un an sur la Station spatiale internationale.

Les recherches de la NASA analysent les effets mécaniques de l'apesanteur sur le corps, dans le but de les réduire et de s'assurer que les astronautes peuvent être envoyés dans des endroits plus éloignés du système solaire (Strickland & Crane, 2016).

4- Mécanique des fluides: effet Leidenfrost

L'effet Leidenfrost est un phénomène qui se produit lorsqu'une goutte de fluide touche une surface chaude, à une température supérieure à son point d'ébullition.

Des doctorants de l'Université de Liège ont créé une expérience pour découvrir les effets de la gravité sur le temps d'évaporation d'un fluide et son comportement au cours de ce processus.

La surface était initialement chauffée et inclinée si nécessaire. Les gouttelettes d'eau utilisées ont été suivies au moyen d'une lumière infrarouge, activant des servomoteurs à chaque fois qu'elles s'éloignaient du centre de la surface (Research and Science, 2015).

5- Optique: observations de Ritter

Johann Wilhelm Ritter était un pharmacien et scientifique allemand, qui a mené de nombreuses expériences médicales et scientifiques. La découverte de la lumière ultraviolette fait partie de ses contributions les plus notables au domaine de l'optique.

Ritter a basé ses recherches sur la découverte de la lumière infrarouge par William Herschel en 1800, déterminant ainsi que l'existence de lumières invisibles était possible et menant des expériences avec du chlorure d'argent et différents faisceaux lumineux (Cool Cosmos, 2017).

6- Thermodynamique: l'énergie solaire thermodynamique en Amérique latine

Cette recherche se concentre sur l'étude des sources alternatives d'énergie et de chaleur, comme l'énergie solaire, ayant comme intérêt principal la projection thermodynamique de l'énergie solaire comme source d'énergie durable (Bernardelli, 201).

À cet effet, le document d'étude est divisé en cinq catégories:

1- Rayonnement solaire et distribution d'énergie à la surface de la terre.

2- Utilisations de l'énergie solaire.

3- Contexte et évolution des usages de l'énergie solaire.

4- Installations et types thermodynamiques.

5- Etudes de cas au Brésil, au Chili et au Mexique.

7- Cosmologie: enquête sur l'énergie noire

Le Survey on Dark Energy ou Dark Energy Survey, était une étude scientifique réalisée en 2015, dont l'objectif principal était de mesurer la structure à grande échelle de l'univers.

Avec cette recherche, le spectre a été ouvert à de nombreuses enquêtes cosmologiques, qui cherchent à déterminer la quantité de matière noire présente dans l'univers actuel et sa distribution.

En revanche, les résultats produits par le DES contrastent avec les théories traditionnelles sur le cosmos, émises après la mission spatiale Planck, financée par l'Agence spatiale européenne.

Cette recherche a confirmé la théorie selon laquelle l'univers est actuellement composé de 26% de matière noire.

Des cartes de positionnement ont également été développées qui mesuraient précisément la structure de 26 millions de galaxies éloignées (Bernardo, 2017).

8- Mécanique quantique: théorie de l'information et calcul quantique

Cette recherche vise à étudier deux nouveaux domaines de la science, tels que l'information et l'informatique quantique. Les deux théories sont fondamentales pour l'avancement des télécommunications et des dispositifs de traitement de l'information.

Cette étude présente l'état actuel de l'informatique quantique, soutenu par les avancées du Group of Quantum Computation (GQC) (López), une institution dédiée à donner des conférences et à générer des connaissances sur le sujet, sur la base du premier Les postulats de Turing sur l'informatique.

9- Relativité: expérience d'Icare

Les recherches expérimentales d'Icare, menées dans le laboratoire du Gran Sasso, en Italie, ont rassuré le monde scientifique en vérifiant que la théorie de la relativité d'Einstein est vraie.

Cette recherche a mesuré la vitesse de sept neutrinos avec un faisceau lumineux fourni par le Centre européen de recherche nucléaire (CERN), concluant que les neutrinos ne dépassent pas la vitesse de la lumière, comme cela avait été conclu dans des expériences antérieures dans le même laboratoire.

Ces résultats étaient à l'opposé de ceux obtenus dans les expériences précédentes du CERN, qui les années précédentes avaient conclu que les neutrinos voyageaient 730 kilomètres plus vite que la lumière.

Apparemment, la conclusion précédemment donnée par le CERN était due à une mauvaise connexion GPS au moment où l'expérience a été réalisée (El tiempo, 2012).

Références

1. En quoi la physique classique est-elle différente de la physique moderne? Récupéré sur reference.com.
2. Électricité et magnétisme. Monde des sciences de la Terre. Copyright 2003, The Gale Group, Inc. Récupéré sur encyclopedia.com.
3. Mécanique. Récupéré sur wikipedia.org.
4. Dynamique des fluides. Récupéré sur wikipedia.org.
5. Optique. Définition. Récupéré sur dictionary.com.
6. Optique. Encyclopédie McGraw-Hill de la science et de la technologie (5e éd.). McGraw-Hill. 1993.
7. Optique. Récupéré sur wikipedia.org.
8. Qu'est-ce que la termodynamique? Récupéré sur grc.nasa.gov.
9. Einstein A. (1916). Relativité: la théorie spéciale et générale. Récupéré sur wikipedia.org.
10. Will, Clifford M (2010). "Relativité". Encyclopédie multimédia Grolier. Récupéré sur wikipedia.org.
11. Quelle est la preuve du Big Bang? Récupéré sur astro.ucla.edu.
12. Planck révèle un univers presque parfait. Récupéré dans esa.int.