Středoškolská fyzika - úvod

Úvodní díl nového seriálu o tématech středoškolské fyziky. Zasvěcení do historie oboru jako takového plus přehled kapitol v budoucích částech tohoto seriálu.

Určitě se ptáte „proč zrovna seriál o středoškolské fyzice?“.

Odpověď není až tak složitá. Fyzika je v dnešní době vědou neuznávanou nastupující generací. Čím to může být? Zřejmě tím, že je složitější než dějepis či zeměpis. Nestačí se ji pouze naučit, člověk si látku musí nejen přečíst, ale si musí najít čas na to, aby ji pochopil a byl s ní schopen pracovat.

Já v příštím roce nastoupím na obor obecná fyzika do prvního ročníku bakalářského studia, mám tedy těsně po maturitě a vím, že dost mých spolužáků odmaturovalo na jedničku, aniž by z fyziky cokoliv znali, což mě trochu urazilo, zároveň mě trochu mrzí, jak nízko je laťka dnešní středoškolské látky. Rozhodl jsem se proto, že bych rád předal znalosti, které jsem se já sám k maturitě učil, i dalším lidem, které fyzika zajímá, avšak nemají chuť hledat si různé věci z různých zdrojů.

Mé maturitní poznámky byly zpracovávány vcelku dlouho, avšak opět jsem se rozhodl je přepracovat, abych je mohl uveřejnit zde.

Na úvod bych zmínil historii fyziky, která nepatří samotná do výkladu látky. Historii jsem sepsal z vlastních znalostí s malou pomocí známé Wikipedie, do jejíhož upravování jsem se nedávno také sám pustil. Po historii zmíním i přehled toho, čemu se budu v tomto kurzu věnovat.

Dodatek šéfredaktora:
Možná si říkáte, proč zrovna fyzika na našem webu. Fyzika zasahuje do oborů od počítačové grafiky, přes herní průmysl až po fotografie, znalost některých témat tak může zvýšit dojem realističnosti výsledných prací. Mimojiné i samotní čtenáři projevili zájem o články z tohoto oboru, doufáme tedy, že se bude seriál líbit, vypadá opravdu slibně.

Historie fyziky

Fyzika je věda, která se zabývá popisováním přírodních zákonů a principů, alespoň dnes tak fyziku můžeme chápat. Pokud chceme fyziku jako vědu pochopit, musíme se vrátit až do starověku, kde se poprvé fyzika objevila, avšak tenkrát patřila do většího vědního celku – filosofie.

Filosofií dnes myslíme soubor myšlenek, které mohou mít prakticky jakýkoliv obor působnosti. Kupříkladu v dnešní moderní fyzice se za filosofii považuje známá Teorie superstrun, která je pro dnešní vědce neprokazatelná – je to tedy pouze myšlenka, která se nějak uchytila.

Již ze starověku jsou zmínky o pozorování přírody a jejích zákonitostí, jako příklad můžeme uvést Řeka, jenž byl žákem samotného Platóna, sám pak vychovával Alexandra Makedonského. Z jeho učení můžeme usoudit, že byl velice moudrým mužem, položil základní kámen dnešní logiky. Tímto mužem, jenž odmítal a zároveň přijímal učení svého mistra Platóna a stál za názory Sokrata, není nikdo jiný než Aristoteles ze Stageiry.

Aristoteles se pokoušel (na rozdíl od svého mitra Platóna) zachycovat své poznatky z pozorování okolního světa. Jedním z jeho typických závěrů je něco, co většina dnešních lidí bere jako samozřejmost. Jedná se o „jeho“ logické chápání. Mějme dva platné výroky, výrok A a výrok B:

A: Každý muž je válečník.
B: Válečník potřebuje zbraň.

Usouzení (soud): Každý muž potřebuje zbraň.

Za dob Aristotelových byly podobné myšlenky průkopnické, nemůžeme soudit jednoduchost těchto slov na základě našich dnešních znalostí, jelikož ty jsou postaveny právě na tom, že kdysi někdo začal přemýšlet logicky.

Mimo Aristotelova pozorování přírody a jeho filosofických závěrů existoval ještě jeden významný „fyzik“ z dob starověkého Řecka. Tímto mužem je Archimedes ze Syrakus.

Archimedův zákon zná dnes každé dítě na základní škole, avšak málokdo ví, jak převratný tento zákon je. Pokud si představíme, že byl Archimedes schopen pracovat s něčím, čemu pořádně nerozuměl, určitě se dostaneme k závěru, že musel být průkopníkem tehdejší filosofie. Archimedes je opravdu do dnešních dob považován za největšího matematika a vědce všech dob. Určitě je dobré zmínit, že žil téměř dvě tisíciletí před příchodem sira Isaaca Newtona, díky kterému dnes známe pojem síla a jsme schopni s ním pracovat, Archimedes se musel obejít bez tohoto pojmu.

Po těchto slavných matematicích a fyzicích už nenajdeme mnoho jmen až do 16. století, kdy se na scéně objevují jména jako Galileo Galilei, Johannes Kepler, nebo století sedmnáctého, ve kterém se objevuje již dříve zmíněný sir Isaac Newton.

V období sira Isaaca Newtona zaznamenává historie veliký rozvoj mechaniky, především dynamiky pohybu. Bez jakýchkoliv pochyb můžeme označit za úžasný objev Newtonův popis gravitačního pole, vůbec myšlenku, že dva hmotné předměty se přitahují.

Po tomto nástupu moderní fyziky už se můžeme setkat s mnohými jmény, fyziků bylo velice mnoho za několik staletí. Několik z nich však vyčnívá, jedním z nejdůležitějších fyziků je zřejmě James Clerk Maxwell, který se věnoval elektromagnetickému záření – vlnění. K jeho obecnému popsání nám dodnes slouží po něm pojmenované Maxwellovy rovnice. Jako dalšího známého fyzika se sluší zmínit pány Louise de Broglieho, nositele Nobelovy ceny, Erwina Rudolfa Josefa Alexandra Schrödingera, taktéž nositele Nobelovy ceny za fyziku.

Zřejmě nejslavnějším jménem 20. století, pokud se zaměřujeme na fyziku, je jméno židovského fyzika Alberta Einsteina. Albert Einstein se nezasloužil pouze o rozvoj fyziky, ale stejně jako sir Isaac Newton se zasloužil o nový pohled na princip vesmíru a fungování světa. Stejně jako dva předchozí pánové, i Albert Einstein byl za své práce odměněn Nobelovou cenou za fyziku. Obdržel ji za objevení fotoelektrického jevu. Dnes se již na středních školách také vyučuje Einsteinova Speciální teorie relativity, která společně s obecnou teorií relativity změnila pohled na svět a jeho podstatu.

V dnešní době stojí za to zmínit, že se rozvinula myšlenka o tzv. teorii superstrun. Tato teorie prošla za dobu své „existence“ několika změnami. V dnešní době se teorií superstrun zabývá plzeňský fyzik Luboš Motl, který obdržel tři doktoráty a je dnes nejuznávanějším fyzikem, co se teorie superstrun týče, na světě – jako důkaz uveďme fakt, že dle jeho publikací se dnes vyučuje na americké Harvardově univerzitě. V dnešní době je také velice známý fyzik Stephen Hawking, který se zabývá rozvojem našich znalostí o fungování vesmíru, zabývá se tedy především astrofyzikou na teoretické úrovni.

Přehled témat seriálu

• Mechanika
  • Kinematika hmotného bodu
    • Obecně
    • Přímočarý pohyb
    • Křivočarý pohyb
    • Pohyby v gravitačním poli (vrhy, pády)
  • Dynamika hmotného bodu
  • Kinematika a dynamika kmitavého pohybu
  • Mechanické vlnění
  • Práce, energie a výkon
  • Gravitační pole
  • Mechanika tuhého tělesa
  • Hydromechanika
    • Hydrostatika
    • Hydrodynamika
• Molekulová fyzika a termika
  • Soustavy, vnitřní energie soustavy, práce, teplo
  • Struktura a vlastnosti látek
    • Pevné látky
    • Tekutiny
      • Kapaliny
      • Plyny
  • Skupenské přeměny látek
• Elektřina a magnetismus
  • Elektrostatika
    • Elektrické pole
  • Elektrodynamika
    • Elektrický proud v kovech
    • Elektrický proud v polovodičích
    • Elektrický proud v tekutinách (kapalinách, plynech)
    • Stacionární magnetické pole
    • Nestacionární magnetické pole
    • Střídavé napětí, střídavý proud
• Optika
  • Paprsková optika, optické zobrazení
  • Vlnová optika
• Speciální teorie relativity
  • Kinematika speciální teorie relativity
  • Dynamika speciální teorie relativity
• Fyzika mikrosvěta
  • Atomová fyzika
    • Jaderná fyzika
    • Fyzika elektronového obalu
      • Vývoj názorů na stavbu atomu – modely atomu
      • Luminiscence, spektra látek
      • LASER
  • Kvantová fyzika