معنى الفيزياء

**سيف العامري** الجمعة أكتوبر 07, 2011 6:01 pm

الفيزياء
لفظ اشتق من اليونانية فيزيكوس φυσικη (طبيعي)، والكلمة مشتقة من الجذر فيزيس φύσις (طبيعة). الفيزياء هو علم الطبيعة , فبدءا من الكوارك البالغ الصغر إلى الكون العظيم الممتد , تحاول الفيزياء صياغة قوانين رياضية تحكم هذا العالم المادي الطبيعي و سبر أغوار تركيب المادة و مكوناتها الأساسية , و القوى الأساسية التي تتبادلها الجسيمات و الأجسام المادية , إضافة إلى نتائج هذه القوى. أحيانا في الفيزياء الحديثة تضاف لهذه المجالات دراسة قوانين التناظر و الانحفاظ , مثل قوانين حفظ الطاقة و الزخم و الشحنة الكهربائية. و لأجل هذا يدرس الفيزيائيون مجالا واسعا من الظواهر الفيزيائية تمتد من المجالات الصغيرة المدى إلى المجالات الواسعة المدى , و من الجسيمات دون الذرية التي تتكون منها جميع المادة الباريونية (فيزياء الجسيمات) إلى درساة سلوك الأجسام الفيزيائية في العالم الكلاسيكي إلى دراسة حركة النجوم في الفضاء المادي سواء ضمن السرعات العادية أو قريبا من سرعة الضوء و أخيرا دراسة الكون بمجمله.
تاريخ الفيزياء
المصريون القدماء
اقدم الوثائق الفلكية هي المنقوشة على أغطية التوابيت والمسماة بالتقويمات القطرية والتي ترجع إلى فترة المملكة الوسطى (2000-1600ق.م ) وصور لتشكيلات النجوم على أسقف قبور الدولة الحديثة بعد ذلك ، فقد روقبت السماء منذ وقت مبكر و أطلقت أسماء على النجوم وميزت تشكيلاتها وكرست للآلهة بدايات علم الفلك كانت بمحاولة التنبؤ ببعض الظواهر مثل اوجه القمر والتقويم القمري ، كما عند البابليين مع فرق أن المصريين يعتبرون بدء التقويم بعدم ظهور القمر المتناقص في الصباح بينما هو ظهور الهلال في المساء المبكر عند البابليين
اهتم الفلكيون المصريون بحساب الزمن ، ويعتبر التقويم المصري من أهم إنجازاتهم حيث يقسم السنة إلى 365 يوما 12 شهرا يتألف كل منها من 30 يوما و5 أيام للاحتفال في نهاية العام .وأدت دراستهم لحركة النجوم إلي استخدام ساعة فلكية في العام (2500ق.م) تقسم الفترة بين الغسق والفجر إلي 12 ساعة في الليل ، وبعد ذلك إلى 24 ساعة في اليوم
البابليون ( حوالي 1800 قبل الميلاد )
1. اهتم البابليون بالضبط الدقيق للظواهر الفيزيائية ، وبخاصة الظهور الأول للهلال باستخدامهم دائرة الأبراج كمرجع ،وقد استطاعوا في حوالي القرن 4 قبل الميلاد من تطوير طريقة حسابية معقدة مكنتهم من التنبؤ بالظهور الأول .
2. وجد البابليون العلاقة بين التقويميين القمري والشمسي تتكون من دورة ذات 19 عام تضم 7 سنوات ذات 13 شهر قمري و12 سنة ذات 12 شهرا ، كما تدعى هذه الدورة الميتونية ، نسبة إلى ميتون الذي اقترحها في العام 432ق.م ، ولها أهمية كبيرة باعتبارها وسيلة لتحديد أحد الفصح في التقويم المسيحي .
3. الفلك البابلي قسم اليوم المصري إلى 60 دقيقة في كل ساعة واستبدل ساعة الفلكيين بساعة( التي تختلف باختلاف الليل والنهار وفق الفصول ) إلى ساعة متساوية التقسيمات
4. طرائقهم الرياضية كان لها أهمية كبيرة في تألق علوم الفلك في اليونان فيما بعد
اليونانيون
أدى استخدام أدوات القياس الستينية التي ابتكرها السومريون لقياس الزمن والزوايا و الأطوال ، واعتماد قياس الزمن بالساعة المائية و بتطوير أصول التقويم البابلي ،و استخدام فكرة الموازيين المصرية إلى تطوير مدرسة العلم اليونانية أهم إسهامات اليونانيين :
1. نظريات حول بنية الكون ، وبرز فيها اتجاهان
• استمرار التكوين: تبنت هذا الاتجاه المدرسة الرواقية ، زينو(Zeno) بين القرنين الرابع والثالث قبل الميلاد
و بوسيدونيوس (Poseidonius) القرن الأول قبل الميلاد ، انطلقت من فكرة استمرار المادة والمكان وانهما مغرقين ضمن وسط فعال ما كالهواء والذي يعطي الطبيعة وحدتها
• بسبب التعدد الواضح للكون والتنوع في الطبيعة قدم الفيزيائيون الذرييون وفي مقدمتهم ليوسيبوس Leucippus) ) منتصف القرن الخامس قبل الميلاد ، ديموقريطوس ((Democritus أواخر القرن الخامس قبل الميلاد ، تأكيدا على أن الطبيعة مؤلفة من ذرات ثابتة لا تتغير تتحرك في المكان الخالي
1. علم الفلك
النظرية الارسطاطية قسمت الكون وصفيا إلى ملكوتين محكومين بجملتين مختلفتين من القوانين
الأرض والقمر وتسودهما الحركات المستقيمة صعودا وهبوطا فمن غير الطبيعي أن يصعد جسم ثقيل للأعلى دون مؤثر خارجي الملكوت الكوني تسوده الحركات الدائرية لتنظم كل حركات الأجرام السماوية
نموذج البلانتيوم ارخميدس : وهو نموذج يبين حركة الشمس والكواكب والقمر والاجرام السماوية الاخرى باسقاط صورة فوتوغرافية للسماء على قبة كروية من الداخل
كما انه اخترع المحكمة (الشعيرات المتصالبة) التي استخدمها لاجراء ارصاد سماوية دقيقة
كما برزت افكار عديدة لتفسير الليل والنهار
الفيثاغورثيون وضعوا الارض في مركز الكون ولكنهم تصوروا انها على شكل كرة تتحرك على محيط دائرة صغيرة مرة كل 24 ساعة وبذلك فسروا دوران السماء الظاهري اليومي مع نجومها
ارسطوقوس الساموزي (310-230ق.م ) أول من قدم نظرية تقول بمركزية الشمس في الكون
كما انه استنتج ان بعد الشمس عن الارض اكبر بعدة مرات من بعد القمر عنها وبسبب انهما يبدوان بنفس الحجم للارض لذلك فان الشمس اكبر بكثيرالارض و القمر ومن المعقول اكثر ان يدور الجسم الصغير حول الكبير أي ان الارض هي التي تدور حول الشمس
هيراقليدس القرن 4 ق.مقبل ارسطوقوس اقترح ان الارض تتحرك بطريقة دورانية حول مركزها من الغرب إلى الشرق كما يدور دولاب ذو محور ، كما انه افترض ان الزهرة يجب ان تدور حول الشمس وليس حول الارض واستدل على ذلك من تبدل بريقها الظاهري بشكل ملحوظ نتيجة تغير بعدها عن الارض
ابو لينوس البرجي طور هندسة حركة الكواكب الظاهرية التقهقرية
ايراتوستين الاسكندروني عين مقدا محيط الارض تعينا دقيقا
هباخروس دراسة الاعتدالين بالاضافة إلى فهرست النجوم ، كما يرجع له مفهوم قدر النجم ، وقسم النجوم في مراتب حسب لمعانها الظاهري كما استنتج المدة التي يبقى فيها القمر مخسوفا بشكل دقيق
إنجازات الإغريق في الميكانيك
النظرية الارسطاطية الميكانيكية (Aritotle:384-322bc)
ليس ثمة حركة وطيدة ما لم يكون ورائها سبب ثابت ، وإذا تحرك جسم عبر وسط مقاوم فان حركته تتناسب مع طبيعة هذا الوسط ، ومن هنا اعتبر أرسو الخلاء هو الوسط ذو المقاومة المعدومة
توازن السوائل نظرية ارخميدس (Archimedes3rd century bc)
أرسى أصول علم التوازن و تحريك السوائل من خلال ابتكاره فرضيات فيزيائية عبقرية ذات بنية رياضية متقدمة . كما انه كان مميزا في حل لغز الأجسام الطافية وقياس كثافة السوائل بالاضافة إلى اختراعه ( الشادوف )حلزون ارخميدس والذي يسحب فيه الماء من النهر بتدرويه
تحريك السوائل هيرو الإسكندري (Hero of Alexandria : 3-2 nd century bc)
وضع أربعة كتب في السوائل هي pneumatica، autometopitica، belopoeica، and cheirobalistra وجاء فيها تقديم أصول تحريك السوائل بمعناها التقليدي السائد اليوم وتطبيقاتها في الحرب ( قذف المتفجرات ) والسلم ( رفع الأثقال وصنع الساعات وتحريك مطاحن الحبوب) وكان الابتكار الرئيسي له هو في ابتكار أول آلة تعمل بقوة البخار ( الآلة الحرارية الأولى)
مرونة الهواء ستيبيوس (Stesibius: 3-2 century bc )
من أهم اختراعاته ضاغطة الهواء ، قاذفة الذخيرة الحربية ، الساعة المائية –الهوائية
اختراع المكينات الخمس: الرافعة البكرة دارة اللف السفين اللولب بالاضافة للعجلة المسننة
دراسة حركة الاجسام الساقطة والمقذوفة وعرفوا انها تسارعية
استخدمت مثلث القوى كطريقة مشابهة للتحصيل الشعاعي لتحصيل مسببات التحريك
قدمت طريقة تفصيلية للآلة الرافعة ( التناسب العكسي بين القوة والذراع )
1. إنجازات الإغريق في علم الضوء الهندسي
برزت بدايات علم الضوء الهندسي وتطبيقاته عبر اعمال اقليدس (euclid) 300 ق.م وبطليموس139 ق.م ارخميدس 287-212 ق.م أهمها قياسات بطليموس واقليدس بالنسبة للانكسار والانعكاس كما يروى ان ارخميدس اشعل النيران في اسطول العدو عند محاصرة الرومانيين لسرقسطة ( بلدة ارخميدس) عن طريق تركيز اشعة الشمس المنعكسة عليها بواسطة المرايا كما ثار صراع حاد حول تفسير ظاهرة الرؤية في عزوه إلى صدور ضوء من العين نحو الأشياء فتراها (امبيدوكليس Empedocles) 400 ق. م أو عزوها إلى انعكاس الضوء عن الأجسام المرئية ووقوعها على العين المبصرة(ديموقريطوس وآخرون )
1. مساهمات الإغريق في الكهرباء والمغناطيسية
لا يوجد مساهمات تذكر للإغريقيين في مجال الكهرباء والمغناطيسية سوى
• تمكن تالس ( (Thales 640-546bc من التعبير عن وجود القوى الكهربائية ومن تسمية صمغ الكهرمان بالإلكترون اشتق منه اسم الكهرباء
• رعاة الإغريق هم الذين اكتشفوا الظاهرة المغناطيسية من خلال عثورهم على فلز الماغنيت
1. مساهمات الإغريق في مجال الصوت
تجسد اهتمام الإغريقيين بالصوت من خلال دراستهم للموسيقى فهي تمثل الجانب التجريبي لعلم الرياضيات ، من أوائلهم فيثاغورث phythagorath580-500 الذي تمكن من ابتكار البداية الرئيسية للسلم الموسيقي وتابع ارستوكسينو س(Aristixenus4th century bc)تطوير هذا السلم كما ان الفيثاغورثيون اكتشفوا ان تناغم الاصوات الموسيقية يتعلق بمدى انتظام المجالات الفاصلة بين طبقات الاصوات المتناغمة ، كما انهم عمموا الفكرة إلى درجة انهم افترضوا وجود تناغم كوني فسروا به حركات الكواكب الظاهرية التي قرنوها مع علامات موسيقية ذات طبقات مختلفة المراجع:
الكهرمغنطيسية
هي فيزياء الحقل الكهرمغنطيسي أي أنها فرع الفيزياء الذي يدرس الحقل الكهرمغنطيسي الذي يتألف بدوره من حقل كهربائي و حقل مغناطيسي. ينشأ الحقل الكهربائي عن الشحن الكهربائية الساكنة التي تسبب القوى الكهربائية المسؤولة عن الكهرباء الساكنة و المحددة بقانون كولون. تقود هذه الحقول الكهربائية أيضا إلى جريان التيار الكهربائي في الموصلات الكهربائية . أما الحقل المغناطيسي فهو ينتج عم المغانط المختلفة اضافة للشحن الكهربائية المتحركة ، فعندما تسير شحنة كهربائية ضمن تيار كهربائي ينشأ عنها حقل مغناطيسي محيط بها . لذلك يصعب فصل هذين الحقلين عن بعضهما البعض في الكثير من الحالات .
المغناطيس الكهربائي
المغنطيس الكهربـائي عبـارة عـن مغنطيس تتولد فيه المغنطيسية فقـط بسـبب تـدفق تيـار كهربي خلال سلك ما. وعادة ما تـُصنع المغنطيسـات الكهربيـة من ملف من السلك بعدد لفات كبير لزيادة التأثير المغنطيسي. ويُمكن زيادة المجال المغنطيسي الذي ينتجه الملـف بـوضع مـادة مغنطيسـية، كـقضيب حـديدي، داخل الملف. ويتسـبب التيـار المـار خلال الملف في تحول الحديد إلى مغنطيس مؤقت.
توليد مجال كهرومغنطيسي
عندما يمر تيار كهربي خلال جزء من السلك فإنه يتولد مجال مغنطيسي حوله. عنـد لـف السلك حول قطعة من المعدن، مع ترك القطبيـن الشـمالي والجـنوبي مكشـوفين يتمغنط المعـدن، بحيث يصبح مغنطيسًا كهربيًا. وعادة ما يستخدم تجار الحديد الخردة مغنطيسات كهربية ضخمة لالتقاط السـيارات القديمـة، وعند فصل التيار الكهربي عن المغنطيس فإنه يفقد قوته ويمكن إسقاط السيارة في مكان آخر.
الموجات الكهرومغنطيسية
ينتقل الضوء، والموجات اللاسلكية، وأشعة إكس، وصـور الطاقـة الإشعاعي الأخرى خلال الفضاء كموجــــات طاقــــة تـســـمى الموجـــات الكهرومغنطيسية. ولتلك الموجات قمة وقاع، تمامًا كالأمواج التي تتكون عندما نلقي بحجر في الماء الساكن. وتُـسمى المسافة بين قمـم الموجات بطول الموجة، وتقاس بالمتر. ويُـسمى عدد الموجات فـي الثانيـة بـالتردد ويقـاس بـالهرتز. وتنتقـل جـميع الموجات الكهرومغنطيسية بسرعة الضوء، وهي تردد موجة كهرومغنطيسية مضروبًا في طول الموجة نفسها.

بعض ظواهر الكهرباء الساكنة
تتمثل الكهرباء السكونية بتجمع الشحنات الكهربائية على أجسام المعدات المختلفة, وهي ظاهرة طبيعية. تكمن المشكلة في تجمع الشحنات على جسم ما للحد الذي يشكل انتقالها إلى جسم آخر حدوث شرارة كهربائية, في الطبيعة يتم تحرك وانتقال الشحنات من جسم إلى آخر بحرية لا يضبطها إلا قانون أو خاصية بسيطة وهي انتقالها من جسم إلى آخر بهدف التعادل والتوازن بين كمية الشحنات المتجمعة .
عند تحرك هذه الشحنات يحصل سريان لحظي للتيار الكهربائي, كما تحصل شرارة كهربائية عند تحرك الشحنات من موقع إلى آخر عبر الجو, أي عندما تقفز تلك الشحنات من جسم ذو كمية عالية من الشحنات إلى الجسم الآخر ذو شحنات اقل.
يمكن ملاحظة هذه الظاهرة يوميا عند خلع الملابس المصنعة من النايلون أو البوليستر في غرفة مظلمة ليلا فسنلاحظ ظهور شرر وصوت لفرقعات بسيطة وهذا نتيجة لانتقال الشحنات الكهربائية.
كذلك يمكن ملاحظة هذه الظاهرة عند تقريب ساعدنا المشعر من شاشة التلفاز فسنلاحظ وقوف الشعر وانجذابه إلى شاشة التلفاز.
تشكل هذه الظاهرة مشكلة كبيرة في الصناعة والمعامل وخصوصا في الصناعة النفطية والغازية مثلا, فأن انتقال الشحنات قد يسبب شارة قد تكون كافية لإيقاد الغازات والأبخرة المتواجدة بالموقع.
لتجاوز مشاكل هذه الظاهرة بسيط في ظاهره وهو جعل كافة الأجسام متعادلة من حيث تجمع الشحنات عليها, فلن يكون هناك تجمع للشحنات على جسم ما يفوق ما هو متجمع على الجسم الأخر.
لذا من العادة ربط جميع الأجسام المعدنية في المعمل مع بعضها وربطها مع الأرض من خلال نظام للتأريض بهدف تفريغ كل الشحنات الكهربائية المتجمعة إلى الأرض.
تبقى مشكلة الشحنات المتكونة في الغيوم وتفريعها في ما بينها وبين الأرض والتي كثيرا ما سببت في حرائق الغابات, أما لحماية المسقفات والأبنية المرتفعة فيكون بواسطة نظم لمانعات الصواعق والتي تقوم بتسريب الشحنات والجهد الكهربائي العالي المصاحب لها للأرض