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Física Experimental

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Informações de fundo

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No campo da física , a física experimental é a categoria de disciplinas e sub-disciplinas em causa com o observação de física fenômenos, a fim de recolher dados sobre o universo . Os métodos variam de disciplina para disciplina, a partir de experimentos e observações simples, tais como a Experimento Cavendish, para os mais complicados, como aqueles acontecendo no LHC.

Visão global

Física Experimental reagrupar todas as disciplinas da física que estão preocupados com a aquisição de dados, métodos de aquisição de dados, ea conceituação detalhada (além da simples experiências de pensamento) e realização de laboratório experimentos. Muitas vezes, é colocado em contraste com física teórica, que está mais preocupado com prever e explicar o comportamento físico da natureza do que a aquisição de conhecimento sobre o assunto.

Apesar de física experimental e teórica estão preocupados com diferentes aspectos da natureza, ambos compartilham o mesmo objetivo de compreendê-lo e ter uma relação simbiótica. O ex-fornece dados sobre o universo, que pode então ser analisada, a fim de ser entendido, enquanto o segundo fornece explicações para os dados e, portanto, oferece uma visão sobre a melhor forma de aquisição de dados e sobre como construído experimento. A física teórica também pode oferecer uma visão sobre quais os dados necessários, a fim de obter uma melhor compreensão do universo, e em que experimentos para construir, a fim de obtê-lo.

História

Física experimental teve suas raízes na Idade Média , especialmente no Iraque e Egito , nos trabalhos do Físico muçulmano, Ibn al-Haytham (965-1039), conhecido no Ocidente como Alhazen, que é considerado o "pai da moderna ótica ", e um dos mais importantes físicos da Idade Média, por ter desenvolvido o mais rapidamente experimental método científico em sua Livro de Óptica (1021). Alguns de seus experimentos mais famosos incluem o desenvolvimento ea utilização do camera obscura e câmera pinhole para provar que luz viaja em linha reta. Matthias Schramm escreveu em seu Ibn al-Haythams Weg zur Physik:

"Através de um exame mais detalhado das concepções de Ibn al-Haytham de modelos matemáticos e do papel que desempenham na sua teoria da sentido percepção, torna-se evidente que ele era o verdadeiro fundador da física no sentido moderno da palavra; na verdade ele antecipou por seis séculos as idéias férteis que eram para marcar o início deste novo ramo da ciência ".

Outro físico muçulmana medieval que contribuíram para a física experimental foi Abū rayhan Al-Biruni (973-1048), que desenvolveu o mais antigo método experimental para mecânica. Al-Biruni e Al-Khazini (fl. 1115-1130) também unificada estática e dinâmica para a ciência da mecânica, e combinado hidrostática com dinâmica para criar o campo de hidrodinâmica.

Após Traduções latinas do século 12, quando o Livro de Óptica tornou-se disponível em latim , o método científico foi adoptado e desenvolvido por Robert Grosseteste, que enfatizou a matemática como uma forma de entender a natureza, e por Roger Bacon que destacou um empírica abordagem. Bacon conduzido experimentos adicionais no sistema ótico, melhorando o trabalho do seu antecessor, Alhazen. Bacon também registrou a maneira pela qual ele conduziu seus experimentos em detalhes precisos para que outros pudessem se reproduzir de forma independente e testar seus resultados, uma pedra angular da método científico, e uma continuação do trabalho de pesquisadores como Alhazen e Albatenius.

Como um campo distinto, física experimental foi criada em Europa moderna, durante o que é conhecido como o Revolução Científica, por físicos como Galileu Galilei , Christiaan Huygens, Johannes Kepler , Blaise Pascal e Sir Isaac Newton . No início do século 17, Galileu fez uso extensivo de experimentação para validar teorias físicas, o que é a ideia-chave no método científico moderno. Galileo formulado e testado com sucesso vários resultados na dinâmica, em particular a lei da inércia, que mais tarde se tornou a primeira lei em Leis de Newton . Em Galileu Duas Novas Ciências, um diálogo entre os personagens Simplicio e Salviati discutir o movimento de um navio (como um quadro em movimento) e como a carga do navio que é indiferente ao seu movimento. Huygens utilizado o movimento de um barco ao longo de um canal holandês para ilustrar uma forma primitiva da conservação da quantidade de movimento .

Física Experimental Considera-se que culminou com a publicação do Philosophiae Naturalis Principia Mathematica em 1687 por Sir Isaac Newton (1643-1727). Em 1687, Newton publicou o Principia, detalhando duas teorias físicas abrangentes e bem sucedidos: leis do movimento de Newton , a partir do qual surgem a mecânica clássica ; e A lei de Newton da gravitação universal, que descreve a força fundamental da gravidade . Ambas as teorias concordaram bem com o experimento. O Principia também incluiu várias teorias em dinâmica de fluidos.

A partir do final do século 17 em diante, termodinâmica foi desenvolvido pelo físico e químico Boyle , Young, e muitos outros. Em 1733, Bernoulli usou argumentos estatísticos com a mecânica clássica que permite obter resultados termodinâmicos, iniciando o campo da mecânica estatística . Em 1798 , Thompson demonstrou a conversão de trabalho mecânico em calor, e em 1847 Joule declarou a lei da conservação de energia , sob a forma de calor, bem como energia mecânica. Ludwig Boltzmann, no século XIX, é responsável pela forma moderna da mecânica estatística. A mecânica clássica foi reformulado e ampliado por Leonhard Euler , matemático francês Joseph-Louis Lagrange de Comte , físico e matemático irlandês William Rowan Hamilton, e outros, que produziram novos resultados na física matemática. A lei da gravitação universal deu início ao campo da astrofísica , que descreve astronômicos fenômenos usando teorias físicas. Lei da gravitação de Newton, também ajudou a colocar mecânica celeste na base científica e matemática adequada.

Depois de Newton definido mecânica clássica , o próximo grande campo de investigação na física era a natureza da eletricidade . Observações no XVII e século XVIII por cientistas como Robert Boyle , Stephen Gray, e Benjamin Franklin criou uma fundação para o trabalho mais tarde. Estas observações também estabelecemos a nossa compreensão básica de carga elétrica e corrente. Por 1808 John Dalton tinha descoberto que os átomos de diferentes elementos têm pesos diferentes e propôs a moderna teoria do átomo.

Era Hans Christian Oersted quem primeiro propôs a ligação entre eletricidade e magnetismo, depois de observar a deflexão de uma agulha de bússola por uma corrente elétrica nas proximidades. Até o início dos anos 1830 Michael Faraday tinha demonstrado que os campos magnéticos e eletricidade poderia gerar outro. Em 1864 James Clerk Maxwell apresentado ao Royal Society um conjunto de equações que descreveu esta relação entre eletricidade e magnetismo. equações de Maxwell também previu corretamente que a luz é uma onda eletromagnética . Começando com a astronomia, os princípios da filosofia natural cristalizou-se fundamentais as leis da física que foram enunciados e melhoradas nos séculos seguintes. Por volta do século 19, as ciências havia segmentado em vários campos com pesquisadores especializados e no campo da física, embora logicamente pré-eminente, não poderia reivindicar a propriedade exclusiva de todo o campo da investigação científica.

Experiências atuais

Parte de LHC em CERN, um esforço experimental

Alguns exemplos de projetos de destaque física experimental são:

  • Collider pesado Relativistic do íon que colide íons pesados como o ouro íons (que é o primeiro colisor de iões pesados) e prótons , que está localizado na Brookhaven National Laboratory, em Long Island, EUA.
  • HERA, o que colide elétrons ou pósitrons e prótons, e faz parte de DESY, localizado em Hamburgo , Alemanha.
  • LHC, ou o Grande Hadron Collider, que está em construção. A vontade LHC está programado para entrar em operação em 2008 e será colisor mais energético do mundo após a conclusão, ele está localizado em CERN, na fronteira franco-suíça, perto de Genebra .
  • JWST, ou o Telescópio Espacial James Webb, está previsto para lançamento em 2013. Ele será o sucessor do Telescópio Espacial Hubble . Ele vai examinar o céu na região do infravermelho. Os principais objetivos do JWST será a fim de compreender as fases iniciais do universo, a formação de galáxias, bem como as formações de estrelas e planetas, e as origens da vida.

Método

Física Experimental usa dois métodos principais de pesquisa experimental, experimentos controlados, e experimentos naturais. Experiências controladas são muitas vezes utilizados em laboratórios como laboratórios podem oferecer um ambiente controlado. Experiências naturais são usados, por exemplo, em astrofísica quando se observa objetos celestes onde o controle das variáveis em efeito é impossível.

Famosas experiências

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Experimentos famosos incluem:

  • 2 graus-campo Galaxy Redshift Inquérito
  • 2-Micron All-Sky Survey (2MASS)
  • Experimentos de teste de Bell
  • Experimento Boomerang
  • Experimentos Camera Obscura
  • Cavendish experimento
  • Cosmic Background Explorer (COBE)
  • Davisson-Germer experimento
  • Duplo experimento de fenda
  • Pêndulo de Foucault
  • Frank Hertz experimento
  • A sonda Gravity Probe
  • Gravity Probe B
  • Homestake experimento
  • Experimento Oil-drop
  • Michelson-Morley
  • Experiência de neutrinos
  • Experimento Rutherford
  • Sloan Digital Sky Survey
  • Stern-Gerlach experimento
  • Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

Técnicas experimentais

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Algumas técnicas experimentais bem conhecidos incluem:

  • Cristalografia
  • Elipsometria
  • Gaiola de Faraday
  • Interferometria
  • Espectroscopia Raman
  • Processamento de sinal
  • Espectroscopia
  • Espectroscopia de raios-X

Físicos experimentais proeminentes

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Físicos experimentais famosos incluem:

  • Alhacen (965-1039)
  • John Bardeen (1908-1991)
  • Antoine Henri Becquerel (1852-1908)
  • Abū rayhan Al-Biruni (973-1043)
  • Jagadish Chandra Bose (1858-1937)
  • William Lawrence Bragg (1890-1971)
  • Marie Curie (1867-1934)
  • Michael Faraday (1791-1867)
  • Enrico Fermi (1901-1954)
  • Galileu Galilei (1564-1642)
  • Al-Khazini (fl. 1115-1130)
  • Max von Laue (1879-1960)
  • Ernest Orlando Lawrence (1901-1958)
  • Ernst Mach (1838-1916)
  • Albert Abraham Michelson (1852-1931)
  • Robert Andrews Millikan (1868-1953)
  • Isaac Newton (1643-1727)
  • Chandrasekhara Venkata Raman (1888-1970)
  • John William Strutt (3 Baron Rayleigh) (1842-1919)
  • Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923)
  • Ernest Rutherford (1871-1937)
  • William Bradford Shockley (1910-1989)
  • Joseph John Thomson (1856-1940)

Timelines

Veja abaixo os prazos para anúncios de experimentos de física.

  • Timeline da mecânica clássica
  • Timeline do eletromagnetismo e clássicos óptica
  • Timeline da física gravitacional ea relatividade
  • Timeline da fusão nuclear
  • Timeline de outros campos de radiação de fundo
  • Timeline da tecnologia de física de partículas
  • Timeline da mecânica quântica, física molecular, física atômica, física nuclear e física de partículas
  • Timeline de estados da matéria e Transições de Fase
  • Timeline da termodinâmica, mecânica estatística e processos aleatórios
  • Timeline das descobertas de partículas
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