La physique est la science qui quantifie la réalité. Son influence s'étend à toutes les sciences naturelles, y compris la biophysique, l'astronomie et la chimie. La physique classe toutes les interactions entre la matière et l'énergie et tente de répondre aux questions les plus centrales de l'univers. D'Aristote et Isaac Newton à Marie Curie, les philosophes et les scientifiques utilisent la physique pour comprendre le monde depuis au moins 2 000 ans.
Dans n'importe quel domaine, un scientifique doit maîtriser les bases avant de trouver des réponses à des questions fondamentales. En physique, différents types d'interactions matière-énergie définissent les branches fondamentales des sciences. L'énergie prend la forme de chaleur, de lumière, de rayonnement, de son, de mouvement et d'électricité. Il peut être stocké dans la position d'un objet, les liaisons chimiques, la tension physique et les noyaux atomiques. La matière fait référence à tout ce qui a une masse, ou à tout ce qui est composé d'atomes, qui occupe de l'espace. De la liaison des atomes à la combustion d'un moteur, la matière et l'énergie interagissent dans toutes les facettes de la vie, définissant le monde physique.
Comme les étudiants actuels et anciens le savent, la physique donne un sens aux relations entre la matière et l'énergie à travers les mathématiques; cependant, une appréciation de la façon dont la physique façonne le monde ne nécessite pas de compétences informatiques avancées. Stacker a utilisé une variété de ressources scientifiques et éducatives pour compiler une liste de concepts de physique de base pour aider à expliquer comment le monde fonctionne. Des lois du mouvement de Newton aux forces électriques, ces concepts expliquent pourquoi la matière se comporte comme elle le fait.
Poursuivez votre lecture pour découvrir comment la physique permet aux ingénieurs de développer des technologies vitales telles que les airbags, comment cela explique le placement des poignées de porte et pourquoi les jambes d'une personne semblent si courtes lorsqu'elles se tiennent dans l'eau.
1 / 15 L'une des premières leçons d'un cours de physique est celle du mouvement :comment un objet se déplace, à quelle vitesse il se déplace, où il se déplace et à quelle vitesse il accélère et ralentit.
Les physiciens utilisent couramment la vitesse et l'accélération pour caractériser le mouvement. La vitesse fait référence au mouvement dans une direction spécifique, tandis que l'accélération mesure la rapidité ou la lenteur avec laquelle la vitesse change. Par exemple, lorsque vous conduisez quelque part, un conducteur et une voiture ont une vitesse, ce qui signifie qu'ils se déplacent dans une direction spécifique à une certaine vitesse. Ledit conducteur change probablement sa vitesse de déplacement de temps en temps, en accélérant et en décélérant alternativement.
2 / 15 Rien ne bouge sans un petit coup de pouce au préalable. C'est essentiellement la première loi du mouvement d'Isaac Newton. Si un objet se déplace à une vitesse constante (même si la vitesse est nulle et que l'objet est immobile), il restera ainsi à moins qu'une force, comme le frottement entre une roue et le sol, ne l'affecte. Ce concept est aussi appelé inertie. La première loi de Newton explique pourquoi une fois qu'une fusée est lancée dans le vide de l'espace, sans la résistance de l'air ou d'autres forces, elle continuera à voyager en ligne droite à une vitesse constante indéfiniment.
3 / 15 Comme mentionné dans la première loi de Newton, pour se déplacer, un objet a besoin d'une force. Généralement, une force est une poussée ou une traction. Par exemple, la porte d'entrée a besoin d'être poussée avant de pouvoir s'ouvrir. La deuxième loi de Newton affirme qu'une force dépend de la masse d'un objet exerçant cette force et de son accélération. Pousser rapidement une main vers l'avant pour ouvrir la porte créera une entrée beaucoup plus puissante que si la même personne ralentissait son approche.
4 / 15 Les forces n'agissent pas de manière isolée; chacun est toujours accompagné d'une autre force qui pousse ou tire dans la direction opposée. Lorsque vous poussez une chaise sur le sol, par exemple, non seulement vous exercez une force qui déplace la chaise, mais le sol exerce une autre force - la friction - qui s'oppose à la poussée. Quelques exemples de la troisième loi de Newton en action incluent les roues d'une voiture poussant vers l'arrière sur le sol, utilisant la force de frottement de la route et avançant; ou les ailes d'un oiseau poussent l'air vers le bas et vers l'arrière pour générer de la portance et voler vers l'avant.
5 / 15 Plus connue comme la force qui fait tomber les choses, plus fondamentalement, la gravité est une force d'attraction. Non seulement il attire des objets à la surface de la Terre, mais il maintient les planètes en orbite autour des étoiles. La gravité est aussi la raison pour laquelle les choses ont du poids. Tout a une masse, une mesure de la quantité de matière dans un objet, mais la force de l'attraction gravitationnelle de la Terre est ce qui crée le poids.
6 / 15 Les limites de basse vitesse affichées pour les bretelles d'accès et de sortie sont là pour une raison :la force centripète. Lorsque quelque chose accélère le long d'une trajectoire circulaire, la force centripète le maintient dans le cercle. Pour les rampes de sortie courbes, les limites de vitesse ont été spécialement calculées pour garantir que la force centripète maintient la voiture sur sa trajectoire.
7 / 15 Le travail se produit chaque fois qu'une force déplace quelque chose. Chaque fois que quelqu'un travaille sur un autre objet, comme déplacer une chaise sur le sol, il transfère également de l'énergie à cet objet. Dans ce cas, la personne qui déplace la chaise lui donne de l'énergie cinétique, l'énergie du mouvement.
Cela fait partie de la loi de conservation de l'énergie :l'énergie ne peut être ni créée ni détruite mais peut être transférée à différents objets et prendre différentes formes. Ce concept aide à expliquer comment fonctionnent le carburant et les moteurs, et pourquoi les propriétaires de voitures doivent acheter de l'essence ou recharger leurs véhicules. Lorsqu'un conducteur démarre sa voiture, la voiture ne crée pas d'énergie cinétique pour se déplacer; au lieu de cela, l'énergie chimique ou potentielle contenue dans le carburant de la voiture brûle dans le moteur pour générer un mouvement, convertissant l'énergie potentielle en énergie cinétique.
8 / 15 Certains peuvent penser que l'élan est ce sentiment motivé, "sur une lancée" qui suit une série de succès. En physique, la quantité de mouvement est la quantité de mouvement que quelque chose a. C'est similaire à la signification familière, en ce sens que l'élan physique d'un objet détermine la force nécessaire pour arrêter un objet en mouvement qui est "sur une lancée". Impulse mesure l'évolution de l'élan au fil du temps.
Ces concepts aident les ingénieurs à concevoir des airbags, qui augmentent l'impulsion - ou le temps nécessaire pour arrêter l'élan - d'un conducteur lors d'un accident. Cela signifie que le conducteur ressent une force moindre lors de l'accident, car il subit le changement d'élan sur une plus longue période.
9 / 15 Le couple est la raison pour laquelle les portes ont des boutons et des charnières sur les côtés opposés et est la force qui fait tourner ou tordre un objet autour d'un axe. Il faut plus de force pour faire pivoter un objet lorsqu'il est poussé le plus près de l'axe de rotation, c'est pourquoi les poignées de porte sont presque aussi éloignées que possible des charnières.
10 / 15 Un mouvement harmonique simple implique des oscillations, comme un bloc rebondissant sur un ressort, ou un pendule oscillant à gauche, à droite et vice-versa. Avec ce type de mouvement, un objet passe par une position centrale d'un côté, puis se déplace de la même quantité de l'autre côté après chaque passage par le centre afin que le déplacement maximal soit égal aux deux extrémités.
Dans l'exemple du pendule, le pendule oscille aussi loin à gauche qu'à droite. C'est ce qu'on appelle le mouvement harmonique parce que les sons musicaux sont des combinaisons d'ondes harmoniques simples, des ondes sonores émises par des instruments de musique.
11 / 15 Du débit des rivières aux modèles de vent, la dynamique des fluides explique certaines des forces les plus courantes de la nature. Les physiciens et les ingénieurs étudient les débits des fluides, le type d'écoulement (comme lisse ou turbulent), le frottement, la pression, l'épaisseur du fluide, etc. pour comprendre les liquides et les gaz. Toute personne ayant une expérience du transport aérien a bénéficié de l'étude de la dynamique des fluides. La forme des ailes d'avion tire parti du flux d'air, le dessus incurvé et le fond plat manipulant la pression de l'air pour soulever l'avion.
12 / 15 La thermodynamique concerne différents types de transfert de chaleur et d'énergie. La chaleur est une forme d'énergie et peut être transférée d'un objet ou d'une zone chaude à une zone plus froide par rayonnement, contact physique ou flux de particules chauffées connu sous le nom de convection. La chaleur représente l'énergie transférée entre les systèmes en raison d'une différence de température, tandis que la température mesure la vitesse à laquelle les atomes se déplacent.
Grâce à la thermodynamique, les scientifiques et les ingénieurs ont créé la climatisation, le chauffage central et des ordinateurs qui ne surchauffent pas. Les biologistes bénéficient également de ce domaine :la thermodynamique régit la manière dont les organismes reçoivent, stockent et dépensent de l'énergie. Par exemple, les plantes absorbent l'énergie thermique sous forme de rayonnement solaire et les animaux émettent de la chaleur au cours du métabolisme énergétique.
13 / 15 L'électricité existe grâce à des charges positives et négatives, portées en grande partie par deux particules subatomiques :les protons, qui sont chargés positivement, et les électrons, qui sont chargés négativement. Les charges opposées s'attirent, tandis que les charges semblables se repoussent. Chaque fois que l'une de ces particules chargées se déplace, elle crée un courant électrique.
Chaque fois que quelqu'un allume une lumière, les électrons se déplacent d'une zone de charge négative à travers un fil vers une zone de charge positive, générant un courant pour alimenter l'ampoule. L'électricité n'est pas seulement utile pour les appareils, elle joue également un rôle fondamental dans la biologie, alimentant le système nerveux des animaux. Les neurones communiquent à l'aide d'atomes ou d'ions chargés électriquement, générant des impulsions électriques qui alimentent des éléments tels que les mouvements musculaires.
14 / 15 Le mouvement des charges électriques crée du courant et génère une force électromagnétique, entraînant le magnétisme. Comme les charges, les aimants sont constitués de deux composants opposés. Ces composants, appelés pôles, sont également similaires aux charges en ce sens que les pôles similaires se repoussent tandis que les opposés s'attirent. Chaque aimant a un pôle nord et un pôle sud. La Terre a également des pôles magnétiques, bien que leur emplacement ne soit pas tout à fait le même que les pôles géographiques nord et sud les plus populaires. Les scientifiques pensent que le noyau métallique tourbillonnant de la Terre crée le champ magnétique de la planète, faisant de la Terre un aimant géant.
15 / 15 Les lunettes, les lentilles de contact, les microscopes, les projecteurs de films, les appareils photo et plus encore existent tous en raison de la physique de la lumière ou de l'optique. Ces innovations exploitent le principe de réfraction ou l'angle auquel la lumière se plie lorsqu'elle pénètre dans un matériau différent. Par exemple, les lentilles en verre, semblables à la lentille d'un œil, utilisent la réfraction pour focaliser et agrandir les images. La réfraction crée également l'image étrange d'une moitié inférieure disproportionnellement trapue lorsqu'une personne se tient jusqu'à la taille dans une piscine. La lumière se propage plus lentement dans l'eau, de sorte que l'œil humain qui regarde la piscine d'en haut perçoit les objets dans l'eau comme plus proches qu'ils ne le sont réellement.
