Les 13 branches de la physique classique et moderne

Parmi les branches de la physique classique et moderne, on peut citer l'acoustique, l'optique ou la mécanique dans le domaine le plus primitif, et la cosmologie, la mécanique quantique ou la relativité dans les applications les plus récentes.

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 entrer dans des études quantiques plus complexes. 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 des ondes et les interpréter comme des sons.

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.

Psychoacoustique, étudie les effets physiques du son dans les systèmes biologiques, présente depuis que Pythagore a entendu, pour la première fois, les sons de cordes vibrantes et de marteaux qui ont frappé les enclumes au sixième siècle avant notre ère. C. Mais le développement le plus impressionnant en médecine est la technologie des ultrasons.

2- Electricité 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 des charges (courant électrique). Les règles de l'électromagnétisme expliquent également les phénomènes géomagnétiques et électromagnétiques, décrivant comment les particules chargées interagissent avec les atomes.

Dans le passé, l’électromagnétisme était expérimenté 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 le compas.

Le phénomène des charges électriques au repos, a été détecté par les anciens Romains, qui observaient la manière dont un peigne frotté attirait les particules. Dans le contexte des charges positives et négatives, des charges égales se repoussent et des charges différentes 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 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 qui se déplacent à des vitesses nettement inférieures à celles de la lumière. La mécanique décrit la nature des corps.

Le terme corps englobe les particules, les projectiles, les engins spatiaux, les étoiles, les pièces de machines, les pièces de solides, les pièces de fluides (gaz et liquides). Les particules sont des corps peu structurés en interne, traités comme des points mathématiques en mécanique classique.

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

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 les sous-disciplines, telles que l'aérodynamique (l'étude de l'air et des 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 de fluide par les oléoducs, en plus de la prévision des conditions météorologiques, la compression des nébuleuses dans l'espace interstellaire et la modélisation de la fission nucléaire.

Cette branche offre une structure systématique qui englobe les 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 des fonctions d'espace et de temps.

5- Optique

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

Décrivez 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 concerne de nombreuses disciplines connexes telles que l'astronomie, l'ingénierie, la photographie et la médecine (ophtalmologie et optométrie). Ses applications pratiques se retrouvent dans diverses technologies et objets du quotidien, notamment les miroirs, les lentilles, les télescopes, les microscopes, les lasers et les fibres optiques.

6- Thermodynamique

Branche de la physique qui étudie les effets du travail, de la chaleur et de l'énergie d'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 sur l’enthalpie : relie les différentes formes d’énergie cinétique et potentielle, dans un système, au travail qu’il peut effectuer, ainsi qu’au 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 de zéro régit 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 une plus grande échelle. Enquêter sur son origine, sa structure, son évolution et sa destination finale.

La cosmologie, en tant que science, tire son origine du principe de Copernic - les corps célestes obéissent à des lois physiques identiques à celles de la Terre - et à la mécanique newtonienne, ce qui nous permet de comprendre ces lois physiques.

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

Les progrès spectaculaires de la cosmologie d'observation depuis les années 1990, y compris le fond diffus cosmologique, les supernovae lointaines et les levés de décalage vers le rouge dans la galaxie, ont conduit à l'élaboration d'un modèle standard de la 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 la 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 telles que les quarks et les gluons.

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

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

• Propriétés quantifiées . La position, la vitesse et la couleur ne peuvent parfois apparaître que dans des quantités spécifiques (telles que cliquer sur un nombre à la fois). Ceci est opposé au concept de mécanique classique, qui dit que de telles propriétés doivent exister dans un spectre plat et continu. Pour décrire l'idée que certaines propriétés cliquent, les scientifiques ont inventé le verbe quantifier.
• Des particules de lumière . 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 / des vagues dans un lac".
• Matière vagues . La matière peut aussi se comporter comme une vague. Cela est démontré par 30 années d'expériences qui prétendent que la matière (comme les électrons) peut exister en tant que particules.

9- relativité

Cette théorie couvre 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 ses relations avec d'autres forces de la nature.

Cela s'applique au domaine cosmologique, à l'astrophysique et à l'astronomie. La relativité a transformé les postulats de la physique et de l'astronomie au XXe siècle en bannissant les 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 longueur.

Dans le domaine de la physique, il a amélioré la science des particules élémentaires et leurs interactions fondamentales, en même temps 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 de l'atome, ses interactions avec d'autres atomes et particules et leurs constituants.

11-biophysique

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

C'est une branche de l'astronomie, même si elle est étroitement liée à la physique, puisqu'elle étudie la physique des étoiles, leur composition, leur évolution et leur structure.

13-géophysique

C'est une branche de la géographie, même si elle est 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: enquêtes de l'UNAM

Le laboratoire d'acoustique du département de physique de la faculté des sciences de l'UNAM effectue 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 médias avec des structures physiques dissemblables. Ces moyens peuvent être des fluides, des souffleries ou l’utilisation d’un jet supersonique.

Une enquête qui se déroule actuellement à l'UNAM est le spectre de fréquence d'une guitare, en fonction de l'endroit où elle est jouée. Les signaux acoustiques émis par les dauphins sont également à l'étude (Forgach, 2017).

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

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

Les recherches indiquent 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, telles que les abeilles, les fourmis, le saumon, les baleines, les requins, les dauphins, les papillons, les tortues, entre autres (Fuentes, 2004).

3- Mécanique: corps humain et gravité zéro

La NASA mène depuis plus de 50 ans des recherches avancées 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.

Les doctorants de l'Université de Liège ont créé une expérience pour connaître 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 au besoin. Les gouttelettes d'eau utilisées ont été suivies au moyen d'une lumière infrarouge, activant les servomoteurs chaque fois qu'elles s'éloignaient du centre de la surface (Investigación y ciencia, 2015).

5- Optique: observations de Ritter

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

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

6- Thermodynamique: énergie solaire thermodynamique en Amérique latine

Cette recherche porte sur l'étude de sources d'énergie et de chaleur alternatives, telles que l'énergie solaire, avec pour principal intérêt la projection thermodynamique de l'énergie solaire en tant que source d'énergie durable (Bernardelli, 201).

À cette fin, le document d'étude est divisé en cinq catégories:

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

2- Utilisation de l'énergie solaire.

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

4- Installations thermodynamiques et types.

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

7- Cosmologie: Enquête sur l'énergie noire

Dark Energy Survey, ou Dark Energy Survey, est une étude scientifique menée 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 investigations cosmologiques visant à déterminer la quantité de matière noire présente dans l’univers actuel et sa distribution.

Par contre, les résultats obtenus par le DES s'opposent aux théories traditionnelles sur le cosmos, publiées 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 pour mesurer avec précision la structure de 26 millions de galaxies lointaines (Bernardo, 2017).

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

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

Cette étude présente l’état actuel de l’informatique quantique, étayée par les progrès réalisés par le Quantum Computation Group (GQC) (López), une institution qui se consacre à donner des conférences et à générer des connaissances sur le sujet, à partir du premier Turing postule à propos de l'informatique.

9- Relativité: expérience d'Icare

La recherche expérimentale Icarus, effectuée dans le laboratoire du Gran Sasso en Italie, a permis au monde scientifique de retrouver sa tranquillité en vérifiant que la théorie de la relativité d'Einstein est vraie.

Cette enquête a mesuré la vitesse de sept neutrinos avec un faisceau de lumière donné par le Centre européen de recherche nucléaire (CERN), concluant que les neutrinos ne dépassaient pas la vitesse de la lumière, comme cela avait été conclu lors de l'expérience passée du même laboratoire.

Ces résultats étaient opposés à ceux obtenus lors d'expériences antérieures du CERN qui, ces dernières années, avaient conclu que les neutrinos parcouraient 730 kilomètres plus rapidement que la lumière.

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