Introducere în fizică

Fizica este știința care studiază fenomenele naturii: mișcarea corpurilor, încălzirea, lumina, electricitatea și multe altele. Pentru a descrie aceste fenomene, fizicienii folosesc mărimi fizice — proprietăți care pot fi măsurate, cum ar fi lungimea, masa sau timpul.

A măsura o mărime fizică înseamnă a o compara cu o unitate de măsură aleasă drept etalon. Pentru ca oamenii de știință din toată lumea să se înțeleagă, s-a adoptat Sistemul Internațional de unități (SI). În SI, lungimea se măsoară în metri (m), masa în kilograme (kg), timpul în secunde (s) și temperatura în kelvini (K).

Multiplii și submultiplii unităților se formează cu prefixe: kilo (k) înseamnă de 1000 de ori mai mare, centi (c) de 100 de ori mai mic, mili (m) de 1000 de ori mai mic. De exemplu: 1 km = 1000 m, 1 cm = 0,01 m, 1 mm = 0,001 m.

Masa este o măsură a cantității de substanță dintr-un corp și a inerției acestuia. Se măsoară cu balanța și are unitatea SI kilogramul (kg). Masa unui corp este aceeași oriunde s-ar afla corpul — pe Pământ, pe Lună sau în spațiu.

Volumul reprezintă spațiul ocupat de un corp. Pentru corpurile cu forme regulate, volumul se calculează (de exemplu, pentru cub: V = l·l·l), iar pentru corpurile cu forme neregulate se folosește cilindrul gradat: corpul scufundat în apă dezlocuiește un volum de apă egal cu volumul său.

Densitatea leagă masa de volum: ρ = m/V. Ea ne spune câtă masă se află într-o unitate de volum și este o proprietate caracteristică fiecărei substanțe. Unitatea SI a densității este kg/m³. Apa are densitatea de 1000 kg/m³, adică 1 g/cm³.

Un corp este în mișcare atunci când își schimbă poziția față de un alt corp, numit reper (corp de referință). Mișcarea și repausul sunt relative: un călător așezat în tren este în repaus față de tren, dar în mișcare față de gară.

Drumul parcurs de un corp se numește distanță (d), iar viteza ne arată cât de repede se deplasează corpul: v = d/t. Unitatea SI a vitezei este metrul pe secundă (m/s); în viața de zi cu zi folosim des km/h. Transformarea: 1 m/s = 3,6 km/h.

Inerția este proprietatea corpurilor de a-și păstra starea de repaus sau de mișcare rectilinie uniformă atâta timp cât asupra lor nu acționează alte corpuri. Cu cât masa unui corp este mai mare, cu atât inerția lui este mai mare. De aceea, la frânarea bruscă a autobuzului, pasagerii sunt „aruncați” înainte.

Starea termică a unui corp este descrisă de temperatură, măsurată cu termometrul. În viața de zi cu zi folosim gradul Celsius (°C): apa îngheață la 0 °C și fierbe la 100 °C (la presiune normală). Unitatea SI este kelvinul (K), iar legătura este T(K) = t(°C) + 273.

Când două corpuri cu temperaturi diferite sunt puse în contact, corpul mai cald cedează căldură corpului mai rece, până când ajung la aceeași temperatură — se atinge echilibrul termic.

Prin încălzire, majoritatea corpurilor se dilată (își măresc dimensiunile), iar prin răcire se contractă. De aceea, firele electrice dintre stâlpi sunt lăsate puțin curbate vara să nu se rupă iarna, iar șinele de cale ferată au rosturi de dilatare.

Dacă frecăm o riglă de plastic cu o bucată de lână, rigla atrage bucățele mici de hârtie: spunem că s-a electrizat. Corpurile se pot electriza prin frecare, prin contact sau prin influență. Există două feluri de sarcină electrică: pozitivă și negativă. Corpurile încărcate cu sarcini de același fel se resping, iar cele cu sarcini diferite se atrag.

Magneții atrag corpurile din fier, nichel sau cobalt. Orice magnet are doi poli: polul nord (N) și polul sud (S). Polii de același fel se resping, polii diferiți se atrag. Dacă rupem un magnet în două, obținem doi magneți mai mici, fiecare cu ambii poli — polii nu pot fi separați.

Pământul însuși este un magnet uriaș: acul busolei, care este un mic magnet, se orientează mereu pe direcția nord–sud. Așa funcționează busola, folosită de navigatori de sute de ani.