شرج الفصل الاول كاملا روووووووووعة

[الاستاذ محمد الطنطاوى]

علم الفيزياء
يعرف علم الفيزياء بأنه (( العلم الاساسى للعالم الطبيعى الذى يبحث فى مفاهيم المادة والاشعاع وتفاعلهما وحركتهما فى الزمان والمكان ))
أو هو العلم الذي يبحث في تفسير كل الظواهر الطبيعية والكونية وفهم كيف تعمل الاشياء من خلال استنباط أنماط معينة من السلوك تتكرر تحت نفس الظروف وتسمى القوانين الاساسية للكون
وهو أحد الفروع الاساسية للعلوم الطبيعية الذي يعني بدراسة الطاقة وتحولاتها ويرتبط بالتكنولوجيا ويبحث في تفسير الظواهر الطبيعية والكونية ويسهم في تطوير المجتمعات
قوانين الفيزياء : هي الاساس لفهم الظواهر الكونية وليس لها تبرير نظري لأنها تصف ما هو موجود وتعتمد على التجريب وتتلائم هذه القوانين مع بعضها البعض لتكون حزمة متكاملة وكل ما نراه من ادوات تكنولوجية مثل الهاتف المحمول والتلفاز والحاسب وأجهزة الاشعة الحديثة المستخدمة في الطب بجميع أنواعها كل هذه الاجهزة تقوم اساسا على القوانين الفيزيائية الاساسية
ما المطلوب من دارس الفيزياء
1 - تحليل المواقف العلمية
2 - فهم القوانين واجراء التجارب المعملية
أساس الفيزياء تجريبي [ كيفية تطور الفيزياء ]
تتراكم بواسطة التجارب معلومات واقعية عديدة عن مجموعة محددة من الظواهر الطبيعية
اعتمادا على هذه المعلومات ينشأ فرض علمي لتفسير هذه الظواهر
يتم اختبار صحة هذا الفرض عن طريق التجربة العملية
اذا تحقق صحة هذا الفرض ينشأ على اساسه - نظرية - تفسر هذه الظواهر المحددة من الناحية النوعية والكمية ومن خلال هذه النظرية نستطيع التنبؤ بظواهر جديدة مما يمهد الطريق نحو الاختراع والابتكار
بما ان تجارب الفيزياء تكون مصحوبة دائما بقياسات لمقادير معينة
اذا هذا يستلزم تعريف هذه الكميات الفيزيائية
كل ما يمكن التعبير عنه كميا يسمى كمية فيزيائية لذا فإن طول السلك وسرعة السيارة ودرجة حرارة الماء في السخان الكهربي هي أمثلة لكميات فيزيائية من أجناس مختلفة وهذه الكميات لا يمكن المقارنة بينها لأنها مختلفة في النوع فلا يمكن مقارنة طول السلك بسرعة السيارة ولكن يمكن مقارنة طول السلك بطول الزراع فاذا توصلنا من هذه المقارنة الى ان طول السلك يعادل خمسة أمثال طول الزراع هنا يصبح طول الزراع وحدة قياس حيث يمكن مقارنة طول السلك به
اذا مقارنة قيمة كمية فيزيائية ما تسمى قياسا ولكي تكون نتيجة قياس كمية فيزيائية مفهومة يجب مقارنة هذا المقدار بوحدة قياس واحدة مثل المتر في حالة مقارنة طول الشيء
نخلص من هذا الى تعريفين هامين هما
1 - الكمية الفيزيائية : هي كل ما يمكن التعبير عنه كميا وتنقسم الى نوعين هما
ا - الكميات الفيزيائية الأساسية : basic physical quantities هي الكميات التي لا يمكن تعريفها بدلالة كميات فيزيائية أخرى وهي [ الطول - الكتلة - الزمن - التيار الكهربي - درجة الحرارة - شدة الضوء - كمية المادة ]
ب - الكميات الفيزيائية المشتقة : derivable physical quantities هي الكميات التي يمكن اشتقاها بدلالة الكميات الفيزيائية الاساسية ومنها (( السرعة - العجلة - القوة - الطاقة ))
2 - وحدات القياس لكل كمية فيزيائية وحدة قياس تميزها والعدد الذي يشير الى ما تحتويه الكمية المقاسة من وحدات القياس يسمى القيمة العددية لهذه الكمية
ملحوظة : استخدمت في البداية وحدات قياس خاصة بكل بلد ولكن في نهاية القرن الثامن عشر استحدث النظام المتري في فرنسا ثم اعتمد نظاما عالميا SI في سنة 1960 م
العناصر الأساسية للقياس

• عملية القياس
• نظام وحدات القياس الدولي
• مرجعية عملية القياس

تعريف عملية القياس : Metrology هي مقارنة كمية فيزيائية بكمية أخرى من نوعها لمعرفة عدد مرات احتواء إحداهما على الأخرى
النظام الدولي للوحدات (SI) نظام وحدات القياس الأوسع انتشارا في العالم، وهو يستخدم في كل دول العالم باستثناء الولايات الأمريكية المتحدة. واشتق هذا النظام من نظام متر-كيلوجرام-ثانية للقياس بإضافة بعض الوحدات، وكونه بديلا عن نظام السنتمتر-جرام-ثانية القديم يسمى هذا النظام بالنظام المتري
الوحدات المرجعية [ المعيارية ]

المعيار : هو كمية محددة تستخدم كوحدة لمقارنة كميات أحرى من نفس نوعها لمعرفة عدد مرات احتوائها على هذه الوحدة ويسمى معامل المعايرة ويتميز بالدقة والثبات
معيار الزمن [ الثانية ] وحدة قياس الزمن وتعاير الثانية باستخدام ساعة السيزيوم الذرية التي تبلغ دقتها جزءا من مائة الف جزء من الثانية اي أن مقدار الخطأ حوالي ثانية واحدة كل 1600 سنة ويكون الإختلاف بين ساعتي سيزيوم تعملان معا حوالي 1 ثانية كل 5000 سنة


معيار الكتلة الكيلوجرام المعياري هو عبارة عن كتلة اسطوانة من سبيكة البلاتين والايريديوم ذات أبعاد محددة طولها 39 مم وقطرها 39 مم في درجة صفر سيلزيوس توجد بمتحف قرب باريس


المتر المعياري : هو المسافة بين علامتين محفورتين عند نهايتي ساق من سبيكة البلاتين والايريديوم في صفر سيلزيوس
أجهزة القياس
تتم عملية القياس بأجهزة تمت معايرتها والتأكد من دقتها بواسطة الهيئات القياسية في العالم وتنقسم هذه الاجهزة الى نوعين هما
1 - أجهزة قياس تناظرية : وهي الأجهزة التي تستخدم المؤشر والتدريج
2 - أجهزة رقمية وهي الاجهزة التي تعطي القراءة مباشرة بقيم عددية
بالاضافة الى أجهزة قياس بسيطة تعتمد على القراءة المباشرة

الدقة والخطأ
في أي عملية قياس يتدخل فيها الجانب البشري توجد نسبة خطأ بسبب
1 - الفروق الفردية : الخطأ الناشىء من العامل البشري أثناء القراءة
2 - عوامل بيئية : مثل درجة الحرارة والرطوبة وغيرها
3 - وجود عيوب وخلل في الجهاز المستخدم
ومهمة الفيزيائي تقليل نسبة الخطأ الى أقل ما يمكن حيث لا يمكن أن تتم عملية القياس بدقة 100 % للاسباب السابقة أنواع القياس
1 - قياس مباشر :: هو القياس الذي تحدد فيه قيمة الكمية الفيزيائية بواسطة المقارنة المباشرة بوحدة قياسها
مثل استخدام المسطرة لقياس طول مستقيم أو قياس طول قطعة من القماش باستخدام المتر
2 - قياس غير مباشر :: هو القياس الذي تتحدد فيه قيمة الكمية الفيزيائية بحسابها من قانون أو معادلة مثل
حساب مساحة الدائرة من العلاقة [مساحة الدائرة = ط × مربع نصف القطر ] لغة الفيزياء : تعبر عن العلاقات الفيزيائية ببعضها بـ
1 - تمثيل بياني
2 - تمثيل رياضي في صورة معادلة رياضية
المعادلة الرياضية : تعطي صورة مختصرة لوصف الكميات الفيزيائية وهي تعني مدلولا معينا
يسمى المعنى الفيزيائي
الثوابت الفيزيائية
هي كميات قياسية تمثل علاقات ثابتة بين كميات فيزيائية معينة أو مقادير ثابتة لا تتغير
وهي ثوابت عالمية
الاس العشري : هو رفع القوة للأساس 10 بالاشارة الموجبة أو الإشارة السالبة
ونستحدم الاس العشري في الفيزياء للتعبير عن الكميات الفيزيائية الكبيرة بالاس الموجب
او الصغيرة بالاس السالب الحس التقديري
طالب الفيزياء يجب ان يكون لديه حس تقديري وان يستخدم المنطق في تقييم النتيجة التي حصل عليها
على سبيل المثال اذا استخدم طالب الآلة الحاسبة والصيغة الرياضية المناسبة لحساب المسافة
بين دمياط وبورسعيد فكان الناتج 0.003 × 210 متر فيجب على الطالب ان يعمل عقله
في هذه النتيجة الغير مقبوله منطقيا ايضا اذا قام الطالب بحساب سرعة سيارة
فكان الناتج 2 × 1410 م / ث طبعا هذا الناتج غير معقول ليس فقط لأنه توجد سرعة في الكون أكبر من سرعة الضوء 3 × 810 م / ث ولكن لأن سرعة السيارة سرعة محدودة
التقريب : عملية رياضية الغرض منها اختصار الكسر العشري حسب المطلوب ويحتاج طالب الفيزياء الى تقريب الناتج الذي يحصل عليه من النتائج للتجارب العلمية
الكميات الفيزيائية تنقسم الى
ا - الكميات القياسية Scalar Quantity : هي الكميات التي يلزم لتعريفها معرفة مقدارها
فقط مثل الطول والكتلة والمساحة والحجم والزمن
ب - الكميات المتجهة Vector Quantity : هي الكميات التي يلزم لتعريفها معرفة
مقدارها واتجاهها مثل الازاحة والقوة والسرعة والعجلة
تعريف المحصلة : هي المتجه المفرد الذي يقوم بعمل باقي المتجهات


الحروف الاغريقية Greek Letters
نظرا لكثرة الكميات الفيزيائية وعدم قدرة الرموز اللاتينية على استيعابها تستخدم الحروف الاغريقية للدلالة عليها

ما نراه وما لا نراه
تتوقف رؤيتنا للأجسام على دقة أجهزة القياس وعلى طبيعة الأجسام ولهذا يجب ان يكون عدم الرؤية عائقا أمام فهم الفيزياء حيث ان ما لا نراه بالعين ندرك وجوده بما يحدثه من تأثير على سبيل المثال الالكترون لا نراه ولكننا نستدل على وجوده بما يحدثه من تأثير ونخلص من هذا الى ان الفيزياء هي تراكم خبرات ولا يمكن لدارس الفيزياء أن يبدأ كل مرة بإعادة إكتشاف ما سبق للعلماء اكتشافه
نظرة للأمام
الفيزياء هي علم العلوم وسبب تقدم الشعوب وطريق التقدم والثروة والاكتشافات والاختراعات كلها من ناتج علم الفيزياء والاستخدامات اليومية من الهاتف المحمول الى السيارة الى الحاسب كل هذه الرفاهية هي ناتج الفيزياء