เรียนฟิสิกส์ออนไลน์ในหัวข้อธรรมชาติของฟิสิกส์

ฟิสิกส์เป็นเรื่องของการอธิบายธรรมชาติ ดังนั้นการเรียนฟิสิกส์ที่ดีต้องเน้นการอธิบายธรรมชาติที่เกิดขึ้น หรือจากการทดลอง แล้วเสริมการอธิบายเพื่อให้เข้าใจชัดเจนมากขึ้นด้วยคณิตศาสตร์ 

ธรรมชาติของวิชาฟิสิกส์

เทคโนโลยี (technology) หมายถึงวิทยาการที่เกี่ยวกับศิลปะในการสร้าง ผลิตหรือใช้อุปกรณ์ต่างๆ เพื่ออำนวยประโยชน์ต่อมนุษย์โดยตรง หรือสิ่งต่างๆ ที่มนุษย์ใช้สอยได้

วิทยาศาสตร์ (science)

หรือวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ (natural science) หมายถึง องค์ความรู้และวิธีการหาความรู้ด้วยวิธีทางวิทยาศาสตร์ (scientific method) แบ่งเป็น

1.             วิทยาศาสตร์ชีวภาพ(biological science) ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต

2.             วิทยาศาสตร์กายภาพ (physics science) ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับสิ่งไม่มีชีวิต โดยฟิสิกส์(physics) จัดอยู่ในวิทยาศาสตร์กายภาพ

ฟิสิกส์ ( physics)

ฟิสิกส์ ( physics) มาจากภาษากรีก ที่มีความหมายว่า ธรรมชาติ (nature)

 ดังนั้น ฟิสิกส์ หมายถึงเรื่องราวที่เกี่ยวกับปรากฎการณ์ทางธรรมชาติทั้งหลาย  ความสัมพันธ์ของสสารกับพลังงานโดยส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับสิ่งที่ไม่มีชีวิต โดยศึกษาจากการสังเกต รวบรวมข้อมูลต่างๆ เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งต่างๆ จนสรุปเป็นทฤษฎีและกฎ นอกจากนี้ความรู้ทางฟิสิกส์ยังได้มาจากจินตนาการโดยการสร้างแบบจำลอง (model) ทางความคิดโดยใช้หลักการของฟิสิกส์ซึ่งนำไปสู่การสรุปเป็นทฤษฎีและมีการทดลองเพื่อตรวจสอบทฤษฎีนั้นๆ

ความรู้ทางฟิสิกส์เกิดจาก

1.   คือจากการสังเกตปรากฏการณ์ธรรมชาติและการทดลอง

2.   การสร้างแบบจำลองทางความคิดหรือสร้างทฤษฎีใหม่ขึ้นมา   เช่น แบบจำลองอะตอม  การสร้างแบบจำลองของรถยนต์ประหยัดพลังงาน แล้วทดลองใช้จนได้ผล จึงนำไปประดิษฐ์หรือสร้างเป็นรถยนต์

ควรรู้       –  ทฤษฎี  คือสมมติฐานที่ได้พิสูจน์ไว้แล้วว่าเป็นจริงและมีความถูกต้องภายใต้

                 เงื่อนไขนั้น

      –  กฎ  คือทฤษฎีที่ใช้ได้และเป็นจริงเสมอ  เช่น กฎการสะท้อนแสง  กฎการเคลื่อนที่

         ของนิวตัน

ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์

ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์ หมายถึง ความเชื่อถือได้ของความรู้ฟิสิกส์ในเวลาใดเวลาหนึ่งนั้น ขึ้นอยู่กับขีดจำกัดของการสังเกต และประสิทธิภาพของเครื่องมือ เช่น การใช้เครื่องชั่งมวลแบบดิจิตอลวัดมวลได้ละเอียดกว่าเครื่องชั่งสปริง

สาขาต่างๆทางฟิสิกส์อาจแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มคือ

1.  ฟิสิกส์แผนเดิม (classical physics) เป็นความรู้ที่เกิดขึ้นก่อนได้แก่ ความร้อน (heat) แสง (light) เสียง(sound) แม่เหล็กไฟฟ้า (electromagneticsm)และกลศาสตร์

      (mechanics)เป็นต้น

2.    ฟิสิกส์แผนใหม่(modern physics) เช่นฟิสิกส์อะตอมและฟิสิกส์นิวเคลียร์ เป็นต้น     

ปริมาณทางฟิสิกส์

ข้อมูลที่ได้จากการศึกษาฟิสิกส์แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

1.1 ข้อมูลเชิงคุณภาพ (qualitative data)     เป็นข้อมูลที่ได้จากการบรรยายสภาพของสิ่งที่สังเกตได้ตามขอบเขตของการรับรู้ เช่น การระบุลักษณะรูปทรง  ลักษณะพื้นผิว  สี กลิ่น รส เป็นต้น

1.2 ข้อมูลเชิงปริมาณ (quantitative data) เป็นปริมาณที่สามารถวัดได้ด้วยเครื่องมือโดยตรงหรือทางอ้อม  เป็นปริมาณที่มีความหมายเฉพาะเจาะจงอย่างใดอย่างหนึ่ง เช่น ปริมาตร มวล น้ำหนัก ความเร็ว อุณหภูมิ เวลา เป็นต้น ปริมาณเหล่านี้จะต้องมีหน่วยกำกับชัดเจน  เช่น ปริมาตรอาจมีหน่วยเป็น ลูกบาศก์เมตร ลูกบาศก์ฟุต ถัง ลิตร เป็นต้น

การบันทึกข้อมูลเชิงปริมาณ ประกอบด้วย 3 ส่วน คือ ปริมาณการวัดตัวเลขแสดงผลการวัด และหน่วย ดังนี้

ปริมาณและหน่วยของปริมาณ

เพื่อให้การใช้หน่วยเป็นมาตรฐานเดียวกันทั่วโลก โดยเฉพาะวงการวิทยาศาสตร์  องค์กรระหว่างชาติเพื่อการมาตรฐาน ( International Organization for Standardization)ได้กำหนดได้กำหนดระบบหน่วยมาตรฐานที่เรียกว่า ระบบเอสไอ ( SI Unit  ซึ่งย่อมาจาก Systeme Internationals Unit)  ให้ทุกประเทศใช้เป็นมาตรฐาน ระบบเอสไอ ประกอบด้วย  หน่วยฐาน หน่วยเสริม หน่วยอนุพันธ์ และคำอุปสรรค

1. ปริมาณฐาน ( base quantites )  และหน่วยฐาน (Base units)  เป็นปริมาณที่ถูกกำหนดขึ้นเป็นพื้นฐาน การวัด มี 7 ปริมาณ  7 หน่วย  ได้แก่

ความยาว , มวล , เวลา , กระแสไฟฟ้า , ปริมาณสาร , อุณหภูมิอุณหพลวัติ และความเข้มของการส่องสว่าง

ตาราง แสดงปริมาณฐานและหน่วยในระบบ SI

2. ปริมาณอนุพัทธ์ (derived quantites)  และหน่วยอนุพัทธ์ (Derived  Units)

 เป็นปริมาณที่เกิดจาก ปริมาณฐานคูณกัน หรือหารกัน เช่น พื้นที่ปริมาตร อัตราเร็ว ฯลฯ

ตาราง  แสดงปริมาณอนุพัทธ์ และหน่วยในระบบ SI

    3.  หน่วยเสริม (Suppilmentary Units) มี 2 หน่วยคือ

         3.1 เรเดียน (Radian : rad)เป็นหน่วยวัดมุมบนระนาบ (plane angle)

         3.2 สตีเรเดียน (steradian : sr) เป็นหน่วยวัดมุมตัน (solid angle)

ข้อสังเกต

–  มุม 1 sr คือมุมที่รองรับพื้นที่ผิวของทรงกลม A ที่มีขนาดเท่ากับขนาดของรัศมีของทรงกลมกำลังสอง

–  มุมตันรอบจุดศูนย์กลางของทางกลมทั้งหมดก็คือ 4π หรือ 12.56

   สตีเรเดียน ( W = A/r²  =  4πr²/r² = 4π สตีเรเดียน หรือประมาณ 12.56 sr)