Dr inŜ. Agnieszka CiŜman agnieszka.cizman@pwr.wroc.pl

METODOLOGIA

Dr inŜ. Agnieszka CiŜman agnieszka.cizman@pwr.wroc.pl

pok. 353 A-1

www.gdp.if.pwr.wroc.pl

Co to jest NAUKA?

….”wiedza osiągnięta poprzez studiowanie lub praktyki…”

„….wiedza obejmująca ogólne prawdy….otrzymane i sprawdzone przez metody naukowej …”

New Collegiate Dictionary

NAUKA…

Nauka to systematyczne przedsięwzięcie gromadzenia wiedzy o świecie i porządkowania tej wiedzy w zwartej postaci weryfikowalnych praw i teorii.

Sukces i wiarygodność nauki są oparte na gotowości naukowców do:

a). Poddawania(wystawiania) swoich idei i wyników na niezaleŜne spraw- dzanie (weryfikowanie) i odtwarzanie przez innych naukowców; wymaga to pełnej i otwartej wymiany danych, procedur i materiałów.

b).Porzucania (odstępowaniu) lub modyfikowania przyjętych wniosków,

kiedy zostają one skonfrontowane z pełniejszymi lub bardziej wiarygodnymi dowodami doświadczalnymi

wg. Rady Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego

NAUKA…

Krytyczny racjonalizm wg. Karla Poppera

NAUKA

OTWARTOŚĆ TRANSPARENTRONŚĆ

FALSYFIKACJA ABSOLUTNA SŁUSZNOŚĆ

NAUKA

pppst.com

Do uczennicy szkoły średniej Barbary Wilson, 7 stycznia 1943r.

"Człowiek zajmujący się nauką nigdy nie zrozumie, dlaczego miałby wierzyć w pewne opinie tylko dlatego, Ŝe znajdują się one w jakiejś ksiąŜce. (...) Nigdy równieŜ nie uzna swych własnych wyników za prawdę ostateczną.„ A. Einstein

Uczeni o nauce

„…Jednej rzeczy nauczyłem się w moim długim Ŝyciu: Ŝe cała nasza nauka w konfrontacji z rzeczywistością wydaje się prymitywna i dziecinna - a jednak jest to najcenniejsza rzecz, jaka

„Naukę tworzy się z faktów, tak jak dom buduje się z kamieni, lecz zbiór faktów nie jest nauką, tak jak stos kamieni nie jest domem”

Jules Henri Poincaré

rzeczywistością wydaje się prymitywna i dziecinna - a jednak jest to najcenniejsza rzecz, jaka posiadamy….„

Albert Einstein

„…..Naukowiec jest niczym mimosa, gdy sam popełni błąd, i niczym ryczący lew, gdy odkryje błąd zrobiony przez kogoś innego….”

Albert Einstein

„….Niewątpliwie teoretykom niezasłuŜenie przypisuje się część zasług za dokonanie pewnych odkryć.

Sekwencję «teoretyk, eksperymentator, odkrycie» porównywano czasem do sekwencji «farmer, świnia, trufle». Farmer prowadzi świnię w okolice, gdzie, być moŜe, rosną trufle. Świnia wytrwale ich szuka, wreszcie znajduje, a gdy zamierza je poŜreć, farmer zabiera je dla siebie….”

Leon Lederman i D. Teresi

FIZYKA

Fizyka to podstawowa nauka przyrodnicza. Zajmuje się badaniem właściwości materii i zjawisk zachodzących we Wszechświecie oraz wykrywanie ogólnych praw, którym te zjawiska podlegają.

FIZYKA

„…To, co nazywamy fizyką, obejmuje całą grupę nauk przyrodniczych, które opierają swe teorie na pomiarach i których idee i twierdzenia dają się sformować za pomocą matematyki…„

A.Einstein i L. Infeldem Evolution of Physics, 1938r.

FIZYKA

Fizyka klasyczna

(mechanika, elektromagnetyzm, termodynamika)

Fizyka postklasyczna

(szczególna i ogólna teoria względności,

mechanika kwantowa, elektrodynamika kwantowa, Fizyka cząstek elementarnych, astrofizyka)

Fizyka klasyczna

„Wszystkie najwaŜniejsze fundamentalne prawa i fakty w fizyce zostały juŜ odkryte i tak dobrze ustalone, iŜ jest znikome prawdopodobieństwo, Ŝe zostaną one uzupełnione w wyniku nowych odkryć… Przyszłych nowych prawd w fizyce trzeba będzie szukać na szóstym miejscu po przecinku.

Albert A. Michelson (1894)

Metoda badawcza fizyki polega na:

- obserwowaniu rzeczy (ciał) i zjawisk

- wykonywaniu eksperymentów (takŜe myślowych i komputerowych)

- wyciąganiu i formułowaniu wniosków w postaci moŜliwie ogólnych teorii,

Metodologia fizyki

FIZYKA Fizyka doświadczalna

Fizyka teoretyczna

- wyciąganiu i formułowaniu wniosków w postaci moŜliwie ogólnych teorii, - weryfikacji doświadczalnej zaproponowanych teorii.

Metodologia fizyki

Fizyka teoretyczna Fizyka doświadczalna

Obserwacje i Obserwacje i eksperymentowanie Twórcze myślenie

wnioskowanie indukcyjne

TEORIA

to usystematyzowany zbiór prac, zasad i twierdzeń (tj. wiedza) pomocny w wyjaśnieniu określonego kręgu zjawisk lub właściwości badanych obiektów.

KaŜda teoria posługuje się modelami oraz modelowaniem i ma na celu rozwiązanie określonej grupy zagadnień.

Przykłady:

Przykłady:

- astronomiczna teoria budowy materii - szczególna i ogólna teoria względności - teoria spręŜystości

- teoria magnetyzmu - teoria grawitacji

- teoria cząstek elementarnych

Czym NIE zajmuje się fizyka?

Fizyka nie zajmuje się między innymi : teorią absolutu, numerologią,

astrologią, psychokinezą, czarnoksięstwem, jasnowidztwem, telepatią, spirytualizmem, Ŝyciem pozagrobowym, wróŜbiarstwem.

TEOLOGIA

TOELOGIA

Wymienione dyscypliny nie są przedmiotem zainteresowań fizyki, gdyŜ leŜą poza zasięgiem jej metodologii.

Wielkości fizyczne

Pod pojęciem wielkości fizycznej X rozumiemy własność obiektu lub zjawiska, którą moŜna porównać ilościowo (zmierzyć) z taka samą własnością innego obiektu lub zjawiska

Wielkość fizyczna Wielkość fizyczna

podstawowe pomocnicze pochodne

(wtórne,

stanowiące dowolne wielokrotności

jednostek głównych)

Wielkości fizyczne podstawowe

W 1960 roku przez XI Generalna Konferencję Miar został zaproponowany jednolity międzynarodowy układ jednostek miar SI (Systẻme International d’Unitẻs)

METR (m) – jednostka miary długości

Metr jest to długość drogi przebytej przez światło w czasie (1/299792458) sekundy Metr jest to długość drogi przebytej przez światło w czasie (1/299792458) sekundy

KILOGRAM (kg) – jednostka miary masy

Kilogram to masa cylindra wykonanego ze stopu platyny i irydu, przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w pobliŜu ParyŜa.

SEKUNDA (s) – jednostka miary czasu

Sekunda jest to czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania elektromagnetycznego emitowanego podczas prześjcia elektronu miedzy jednoznacznie określonymi poziomami energetycznymi atomu cezu (Cs)

Wielkości fizyczne podstawowe

KELWIN (K) – jednostka miary temperatury Kelwin to 1/273.16 część temperatury punktu potrójnego wody

AMPER (A) – jednostka miary natęŜenia prądu Amper to natęŜenie prądu płynącego w dwóch długich, równoległych

przewodnikach, odległych o 1 metr, znajdujących się w próŜni, powodującego powstanie siły oddziaływania magnetycznego między tymi przewodnikami wynoszącej 2.0^.10^-7 Newtona na kaŜdy metr ich długości.

KANDELA (cd) – jednostka miary światłości

Kandela to natęŜenie promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości 5.4^.10¹⁴ Hz i mocy 1/683 wata emitowanej przez źródło w kąt bryłowy równy

Wielkości fizyczne podstawowe

jednemu steradianowi

MOL (mol) – jednostka miary ilości materii

Mol to ilość materii, w której ilość molekuł jest równa liczbie atomów zawartych w 0.012 kg węgla ¹²C . Liczba tych atomów jest równa liczbie Avogadro

i N_A≈ 6.022.10²³ molekuł/mol.

RADIAN (rd) – jednostka miary kąta płaskiego

Radian jest to kąt płaski i wierzchołku umieszczonym w środku okręgu, którego ramiona wyznaczają na okręgu łuk i długości równej promieniowi tego okręgu.

Wielkości fizyczne podstawowe

ramiona wyznaczają na okręgu łuk i długości równej promieniowi tego okręgu.

STERADIAN (sr) – jednostka miary kąta sferycznego

Steradian jest to kąt sferyczny (bryłowy) o wierzchołku umieszczonym w środku sfery, wyznaczający na jej powierzchni wycinek, którego pole jest równe

kwadratowi promienia tej sfery.

Analiza wymiarowa

Wielkości fizyczne

Wektory Skalary

Wektory

(wielkości kierunkowe)

Skalary

(wielkości bezkierunkowe)

KaŜda wielkość fizyczna X ma określony wymiar, który oznacza jej fizyczna naturę.

Symbol [X] będzie oznaczał wymiar wielkości X.

Wymiar wielkości podstawowych jest określony za pomocą definicji tychŜe wielkości.

Wymiar wielkości pochodnych jest określony za pomocą praw lub zasad fizyczny i wyraŜony za pomocą iloczynu lub ilorazu podstawowych wielkości fizycznych, podniesionych do odpowiednich potęg

Analiza wektorowa

zwrot

kierunek

A B

d

początek moduł koniec

Wielkość wektorowa: moduł m(bezwzględna wartość liczbowa), kierunek, zwrot oraz punkt przyłoŜenia

Przykłady wielkości wektorowych: siła, prędkość, przyspieszenie, pęd

Wielkość skalarna: wartość liczbowa

Przykłady wielkości skalarnych: masa, czas, temperatura, praca, energia

Analiza wymiarowa

Wymiary wielkości podstawowych: [długość] = L, [czas]= T, [masa]= M Przykład

Analiza wymiarowa

Analiza wymiarowa oparta jest na następującej własności

Wymiar wielkości fizycznej to wielkość algebraiczna

Reguły analizy wymiarowej

- wielkości fizyczne mogą być dodawane lub odejmowane pod warunkiem, Ŝe mają ten sam wymiar

- wymiary strony lewej i prawej poprawnie sformułowanej wielkości powinny być takie same

Analiza wymiarowa

Nazwy przedrostków

Czynnik Przedrostek Symbol

10²⁴ jotta Y

10²¹ zetta Z

10¹⁸ eksa E

10¹⁵ peta P 10¹² tera T 10¹² tera T 10⁹ giga G 10⁶ mega M 10³ kilo k

10² hekto h

10¹ deka da

10^-1 decy d

10^-2 centy cm 10^-3 mili m 10^-6 mikro µµµµ

10^-9 nano n

10^-12 piko p

10^-15 fempto f

10^-18 atto a

10^-21 zepto z

10^6-24 jokto y

WaŜne odległości

WaŜne czasy

Masy wybranych obiektów

Działania na wektorach

• dodawanie

• odejmowanie

• odejmowanie

• Iloczyn skalarny

• Iloczyn wektorowy

MnoŜenie skalarne

Iloczyn skalarny

a= [a₁,a₂, a₃] b= [b₁, b₂, b₃] a○b = [a₁b₁ +a₂b₂ + a₃b₃]

Twierdzenie: JeŜeli α jest katem między niezerowymi wektorami a i b, to a○b = |a|^. |b |^.cosα

Twierdzenie: Niezerowe wektory a i b są prostopadłe(ortogonalne), wtedy i tylko wtedy gdy:

a ┴ b ↔ a○b = 0

Dodawanie wektorów

a= [a₁,a₂, a₃] b= [b₁, b₂, b₃]

a+ b = (a₁+b₁)i +(a₂ + b₂)j +(a₃ + b₃)k = c = [c₁, c₂, c₃]

Odejmowanie wektorów

a+ b = (a₁- b₁)i +(a₂ - b₂)j +(a₃ - b₃)k = c = [c₁, c₂, c₃]

a – b ≠ b - a

MnoŜenie wektorowe

Własności iloczynu wektorowego

1. a x b = -b x a

2. (ka) x b = k(a x b) 2. (ka) x b = k(a x b)

3. a x (b x c) = a x b + a x c 4. a x a = 0

a || b ↔ a x b = 0