Predmet izučavanja i podjela fizike
Fizika je osnovna prirodna nauka koja proučava i objašnjava materiju i njene osnovne oblike kretanja. Skoro sve prirodne nauke koriste metode fizikalnih istraživanja i zakone fizike za svoja osnovna istraživanja. Oslanjanje na zakone i metode fizike dovelo je do ubrzanog razvoja moderne tehnike i tehnologije. Zakoni fizike odnose se na svojstva i ponašanje fizičkih sistema, od elementarnih čestica sve do cjelokupnog Svemira.
Pri izučavanju fizike, pretpostavljamo da se prirodne pojave mogu predstaviti pomoću odgovarajućih modela. Fizikalni modeli su aproksimativni; njihova valjanost je samo u datom području primjenjivosti onih zamišljenih predodžbi koje se koriste pri pravljenju modela.
S obzirom na metodu istraživanja, fiziku dijelimo na:
• eksperimentalnu
• teorijsku
Najbolji način izražavanja zakona fizike je matematika.
Prema pristupu i stepenu razvoja, fiziku dijelimo na:
• klasičnu
• modernu
Prema složenosti organizacije materije, fiziku dijelimo na nekoliko oblasti:
• mehaniku
• termodinamiku
• elektricitet i magnetizam
• optiku
• atomsku fiziku
• nuklearnu fiziku
Fizikalne veličine i njihove jedinice
Proučavanje prirodnih pojava može da bude kvalitativno i kvantitativno.
Iskustvo je pokazalo da su kvalitativna proučavanja nedovoljna za nauku i da su potrebna odgovarajuća mjerenja veličina koje karakteriziraju neku prirodnu pojavu. Sve pojave u prirodi mogu se predstaviti određenim fizikalnim veličinama.
Osnovne fizikalne veličine i njihove jedinice u SI sistemu prikazane su u sljedećoj tabeli:
Jedinica vremena je sekunda. Za utvrđivanje jedinice vremena korišten je atomski sat koji mjeri pojedinačne vibracije u atomu cezij - 133. Jedna sekunda se definira kao trajanje od 9.192.631.770 perioda zračenja koje odgovara prelazu elektrona između dva hiperfina nivoa osnovnog stanja atoma cezija - 133.
Osnovna mjerna jedinica dužine je metar. U prošlosti je bio definiran na različite načine, a 1983. godine uvedena je nova definicija metra preko brzine svjetlosti: metar predstavlja dužinu puta koji pređe svjetlost u vakuumu za vrijeme od 1/299 792 458 sekunde.
Inerciju objekta mjeri veličina koju nazivamo masa. Jedinica za masu je kilogram. U Sevresu kod Pariza čuva se uteg (etalon) u obliku valjka od legure platine i iridija čija je masa dogovorom 1 kg.
Prefiksi koji se koriste uz jedinice i njihove vrijednosti su prikazane u sljedećoj tabeli:
Mjerenje i greške pri mjerenju
Mjerenje fizikalnih veličina sastoji se u upoređivanju mjerene veličine sa nekom njenom vrijednošću koja je usvojena kao standard za jedinicu mjere. Upoređivati je moguće jedino brojne vrijednosti jedne te iste fizikalne veličine, tako da se zadatak mjerenja svodi na nalaženje brojne, numeričke vrijednosti određene fizikalne veličine.
Mjerenja fizikalnih veličina mogu biti direktna i indirektna (pri čemu u određene formule uvrštavamo veličine mjerene direktno da bismo dobili željenu veličinu, indirektno).
Prilikom mjerenja neke veličine, nikada nije moguće izvesti apsolutno tačno mjerenje; uvijek dolazi do određenog odstupanja rezultata mjerenja od tačne vrijednosti i to odstupanje nazivamo greška mjerenja ili mjerna nesigurnost.
Zapravo, u fizici se pri mjerenju određuje interval u kojem se treba nalaziti stvarna vrijednost mjerene veličine.
Greške mogu biti svrstane u:
• sistematske greške
• slučajne greške
• promašaji
Da bi se kao rezultat mjerenja dobila vrijednost što bliža stvarnoj vrijednosti neke veličine, potrebno je mjerenje ponoviti više puta pri istim eksperimentalnim uslovima.
Odstupanje mjerene veličine od tačne vrijednosti naziva se apsolutna greška mjerenja: Δx=xi-x0
• xi - mjerena veličina
• x0 - tačna vrijednost
S obzirom da tačnu vrijednost ne znamo, umjesto nje uzimamo srednju vrijednost x kao najbližu tačnoj vrijednosti.
Znajući apsolutnu grešku mjerenja, još ne možemo steći određenu predstavu o preciznosti mjerenja. Na primjer, nije isto napraviti grešku od 1cm mjereći dužinu olovke i grešku od 1cm pri mjerenju dijagonale TV prijemnika.
Zato je uveden pojam relativne greške mjerenja. Ona je odnos apsolutne greške i tačne (srednje) vrijednosti veličine koja se mjeri: ε=Δx⁄x. Relativna greška se obično izražava u procentima: ε=Δx⁄x · 100%.
Skalarne i vektorske veličine
Fizičke veličine po svojoj prirodi mogu biti skalarne i vektorske.
Skalarne veličine su potpuno određene svojom brojnom vrijednošću i odgovarajućom jedinicom. Takve su veličine npr. vrijeme, masa, temperatura itd.
Veličine za koje je, osim brojne vrijednosti i jedinice, potrebno znati još pravac i smjer zovemo vektorske veličine. To su npr. brzina, ubrzanje, sila itd.
Dva vektora su međusobno jednaka ako imaju isti intenzitet, pravac i smjer.
Na sljedećoj slici su prikazani suprotni vektori. To su vektori koji imaju isti intenzitet i pravac, a suprotan smjer.
