Најважније из лекције
Физика као темељна наука: Представља основу свих природних и техничких наука и покретач је индустријских и технолошких револуција.
Физика и математика: Математика даје апарат и формуле за исказивање физичких закона, док физички проблеми стварају потребу за новим математичким методама.
Техничка примена: Електротехника (електромагнетизам), ваздухопловство и космонаутика (механика течности и гасова), обновљиви и чисти извори енергије, оптика и микроскопија.
Медицинска примена: Дијагностика путем рендгенских зрака (кости), ултразвука (мека ткива и органи), МРИ/ЦТ скенера, као и хирургија високе прецизности помоћу ласера.
Физика и математика: Математика даје апарат и формуле за исказивање физичких закона, док физички проблеми стварају потребу за новим математичким методама.
Техничка примена: Електротехника (електромагнетизам), ваздухопловство и космонаутика (механика течности и гасова), обновљиви и чисти извори енергије, оптика и микроскопија.
Медицинска примена: Дијагностика путем рендгенских зрака (кости), ултразвука (мека ткива и органи), МРИ/ЦТ скенера, као и хирургија високе прецизности помоћу ласера.
Фундаментална (основна) наука: Физика се сматра основном природном науком јер њени закони важе за све природне појаве и представљају основу коју користе друге природне и техничке науке (хемија, биологија, астрономија, географија).
Индустријска револуција: Нагли развој физике у XVIII и XIX веку омогућио је прелазак са ручне (мануфактурне) производње на машинску. Кључни проналасци овог периода засновани су на физичким принципима: парна машина, употреба угља, челика и нафте, развој телеграфа и саобраћаја.
Данашњи микрочипови и електронски уређаји омогућавају да читава библиотека стане на меморијски чип величине нокта, што је директан резултат развоја физике чврстог стања и микроелектронике.
Зашто се за физику каже да је фундаментална наука?
Зато што њени основни закони и принципи важе за све појаве у природи и представљају темељ за истраживања у осталим наукама попут хемије, биологије, медицине и технике.
Математика је основни језик физике – физички закони и законитости се најчешће формулишу, изводе и доказују помоћу математичких формула и рачуна.
Узајамни утицај: Развој физике често је подстицао развој нових области математике. На пример, да би формулисао закон гравитације и законе кретања, Исак Њутн је развио интегрални и диференцијални рачун.
Физика се бави описивањем стварног, материјалног света и њени резултати се увек проверавају експериментом (попут хардвера рачунара). Математика је апстрактна наука чије тврдње морају бити логички тачне, али могу ићи и ван граница материјалног света (попут софтвера који покреће рачунар).
Како су повезани хардвер и софтвер у контексту физике и математике?
Физика је омогућила стварање физичких компонената и материјалних уређаја (хардвер), док математика обезбеђује логичке моделе и алгоритме за програмирање (софтвер). Тек заједно ове две науке стварају савремене системе попут рачунара.
Електротехника: Техничка дисциплина настала као практична примена електромагнетизма (гране физике). Омогућила је електричне инсталације, расвету, кућне апарате, рачунаре и телекомуникације.
Механика флуида и аеронаутика: Познавање особина течности и гасова омогућило је пројектовање бродова, подморница, авиона и свемирских летелица (нпр. мисија Аполо 11 која је 1969. одвела људе на Месец).
Енергетика: Производња струје у хидроелектранама, термоелектранама, нуклеарним електранама, као и коришћење обновљивих извора енергије (ветар, Сунчева енергија) почивају на законима термодинамике и електромагнетне индукције.
Оптика: Наука о светлости омогућила је израду наочара, двогледа, телескопа, оптичких и електронских микроскопа (увећање до 10 милиона пута), као и ласера који се користе у индустријској обради материјала и комуникацијама.
Која грана физике је омогућила развој електротехнике?
Електромагнетизам.
Х-зраци (Рендгенски зраци): Открио их је Вилхелм Конрад Рендген 1895. године. Због велике продорности користе се за снимање коштаног система и унутрашњих структура без хируршког захвата.
Ултразвук: Звучни таласи високе фреквенције који се користе за безбедно снимање меких ткива, преглед срца, крвних судова и праћење развоја фетуса током трудноће.
Ласери у медицини: Уски и јаки светлосни снопови који омогућавају изузетно прецизне операције (операције ока, дерматолошки третмани, стоматологија) уз минимално оштећење околног ткива и бржи опоравак.
Савремена дијагностика: Скенери попут магнетне резонанце (МРИ) и компјутеризоване томографије (ЦТ) омогућавају детаљне тродимензионалне приказе унутрашњости људског тела.
Код операција ока ласером, светлосни сноп се са микрометарском прецизношћу усмерава на оштећено место, спречавајући крварење и оштећење околних здравих ћелија.
Која је главна разлика у намени између рендгенског апарата и ултразвука?
Рендгенски апарат се првенствено користи за снимање чврстих структура (костију), док се ултразвук користи за безбедно снимање меких ткива и унутрашњих органа.
Задаци за вежбање
Лаки задатак: Које године и ко је открио Х-зраке (рендгенске зраке) и за шта се они најчешће користе у медицини?
Х-зраке је открио Вилхелм Конрад Рендген 1895. године. Они се најчешће користе за дијагностичко снимање скелетног (коштаног) система, нпр. код прелома костију.
Средњи задатак: Наведите барем три различита извора енергије чије је коришћење омогућено захваљујући открићима у физици.
- Хидроенергија / Термоенергија: производња електричне енергије помоћу водених токова, угља и гаса.
- Нуклеарна енергија: добијање енергије цепањем атомских језгара.
- Обновљиви извори: енергија ветра (ветрогенератори) и Сунчева енергија (соларни панели).
Тешки задатак: Објасните зашто су ласери донели револуцију у хирургији и медицини у односу на класичне хируршке методе. Наведите бар два конкретна примера њихове примене.
Ласери емитују врло уске и снажне светлосне снопове који се могу изузетно прецизно усмерити на малу површину. Предности су: знатно мање оштећење околног здравог ткива, мање крварење и много краћи период опоравка пацијента.
Примери примене:
Примери примене:
- Очне операције (корекција вида и лечење болести ока);
- Дерматологија (уклањање младежа, брадавица и кожних промена);
- Стоматологија и козметички третмани.
