Физика, часть 2 - Краткое руководство

Введение

  • Физика - одна из важнейших дисциплин естествознания, которая описывает природу и свойства материи.

  • Термин «физика» происходит от древнегреческого слова т.е. ‘phusikḗ’ имея в виду ‘knowledge of nature’.

Определение

  • Физика - это раздел естествознания, изучающий природу и свойства материи и энергии.

  • Важный предмет физики включает механику, тепло и термодинамику, оптику, звук, электричество, магнетизм и т. Д.

  • Развитие физики также вносит значительный вклад в область технологий. Например, изобретения новых технологий, таких как телевидение, компьютеры, сотовый телефон, современная бытовая техника, ядерное оружие и т. Д.

Развитие физики

  • В античный период развитие физики происходило вместе с развитием астрономии.

  • Однако в средневековый период известный труд арабского писателя и ученого Ибн Аль-Хайсама произвел революцию в концепции физики.

  • Ибн аль-Хайсам написал книгу в семи томах, а именно «Китаб аль-Манадир», также известную как «Книга оптики».

  • В этой книге Ибн аль-Хайсам опровергает древнегреческую концепцию видения и представил новую теорию.

  • Ибн аль-Хайтам также представил концепцию камеры-обскуры.

  • В период позднего средневековья физика стала отдельной дисциплиной естествознания.

  • В превращении физики в отдельную дисциплину основной вклад внесли европейские ученые.

  • Этим современным европейским ученым были представлены различные концепции физики, они открыли и изобрели множество новых технологий.

  • Например, Коперник заменил древний взгляд на геоцентрическую модель и ввел гелиоцентрическую концепцию; Галилей изобрел телескопы, Ньютон открыл законы движения и всемирного тяготения и т. Д.

  • Эпоха современной физики наступила с открытием квантовой теории Максом Планком и теории относительности Альбертом Эйнштейном.

  • После развития современной физики началось развитие прикладной физики, в которой упор делается на «исследования» конкретного использования.

  • Физики элементарных частиц последовательно конструируют и разрабатывают ускорители высоких энергий, детекторы и компьютерные программы.

  • Ядерная физика - еще один раздел современной физики, изучающий составные части и взаимодействия атомных ядер.

  • Наиболее широко известные изобретения и приложения ядерной физики - это создание ядерной энергии и разработка технологии ядерного оружия.

  • В настоящее время ученые-физики работают над концепцией высокотемпературной сверхпроводимости.

В следующей таблице показаны основные разделы и их подразделы физики -

Филиал / Поле Подотрасль / Подполе
Классическая механика
Ньютоновская механика
Аналитическая механика
Небесная механика
Прикладная механика
Акустика
Аналитическая механика
Динамика (механика)
Эластичность (физика)
Гидравлическая механика
Вязкость
Энергия
Геомеханика
Электромагнетизм
Электростатика
Электродинамика
Электричество
Термодинамика и статистическая механика Высокая температура
Оптика Свет
Физика конденсированного состояния
Физика твердого тела
Физика высокого давления
Физика поверхности
Полимерная физика
Атомная и молекулярная физика
Атомная физика
Молекулярная физика
Химическая физика
Астрофизика
Астрономия
Астрометрия
Космология
Физика гравитации
Астрофизика высоких энергий
Планетная астрофизика
Физика плазмы
Солнечная физика
Космическая физика
Звездная астрофизика
Ядерная физика и физика элементарных частиц
Ядерная физика
Ядерная астрофизика
Физика элементарных частиц
Астрофизика элементарных частиц
Прикладная физика
Агрофизика
Биофизика
Химическая физика
Коммуникационная физика
Эконофизика
Инженерная физика
Геофизика,
Лазерная физика
Медицинская физика
Физическая химия
Нанотехнологии
Физика плазмы
Квантовая электроника
Звук

Введение

  • Акустика - это междисциплинарная наука, изучающая различные механические волны, проходящие через твердое тело, жидкость и газы.

  • По сути, акустика - это наука о звуке, которая описывает генерацию, передачу и эффекты звуков; это также, включая биологические и психологические эффекты, звук

  • Точно так же акустика изучает вибрацию, звук, ультразвук, инфразвук.

  • Термин «акустический» - это греческое слово, то есть «акустикос», что означает «слышать, готовый слышать».

  • В наши дни акустические технологии очень широко применяются во многих отраслях промышленности, особенно для снижения уровня шума.

Акустики

  • Человек, который является экспертом в области акустики, известен как акустик.

  • Есть множество областей изучения акустики. Например, производственный звук, управление звуком, передача звука, прием звука или воздействие звука на людей, а также на животных.

Типы акустиков

  • Ниже приведены основные типы акустиковn -

  • Bioacoustician - Специалист в этой области исследует и изучает птиц в данном географическом регионе, чтобы определить, что искусственный шум изменяет их поведение.

  • Biomedical Acoustician - Специалист в этой области исследует и разрабатывает медицинское оборудование для лечения камней в почках.

  • Underwater Acoustician - Эксперт в этой области исследования и разработки сложного оборудования для сонара, который исследует дно океана.

  • Audiologist - Специалисты в этой области диагностируют нарушения слуха.

  • Architectural Acoustician - Эксперт в этой области проектирует оперный театр, чтобы управлять звуком высокого тона (внутри дома).

Области акустики

  • Ниже приведены основные области акустики.

  • General Acoustics - Это область акустических исследований звуков и волн.

  • Animal Bioacousticians - Эта область акустических исследований того, как животные создают, используют и слышат звуки.

  • Architectural Acoustics - Эта область акустических исследований конструкций зданий для получения приятного качества звука и безопасных уровней звука.

  • Medical Acoustics - Эта область акустических исследований и изучает использование акустики для диагностики и лечения различных заболеваний.

  • Archaeoacoustics - Это направление акустических исследований звуковых систем археологических памятников и артефактов.

  • Psychoacoustics - Это область акустических исследований - как люди реагируют на тот или иной звук.

Введение

  • Биофизика - увлекательный термин для исследователей-биологов, а также для исследователей-физиков, поскольку он устанавливает мост между этими двумя научными предметами.

  • Биофизика (также известная как биологическая физика) - это, по сути, междисциплинарный подход к изучению биологических систем. Он использует физические технологии для понимания биологических систем.

  • Точно так же биофизика объединяет все уровни биологической организации, то есть от молекулярного уровня до уровня организма и популяции.

  • В 1892 году Карл Пирсон впервые использовал термин «биофизика».

Предмет биофизики

  • Биофизики изучают жизнь (в основном человеческую жизнь); начиная с клеточных органов (таких как рибосома, митохондрии, ядра и т. д.) до организмов и их окружающей среды.

  • С развитием технологий ученые и исследователи обеих дисциплин (а именно биологии и физики) начали исследовать другой уровень жизни, чтобы понять, как на самом деле работает биологическая система.

  • Биофизики в основном исследуют следующие типы вопросов:

    • How do the cells of nervous system communicate?

    • How and why do viruses invade cells?

    • What is the functionality of protein synthesis?

    • How do plants harness sunlight to make their food?

Преимущества биофизики

  • Изучение жизни на молекулярном уровне помогает понять многие явления человеческого организма, в том числе различные заболевания и способы их лечения.

  • Биофизика помогла понять структуру и функцию ДНК.

  • Изучение биофизики помогает понять различные элементы биохимии.

  • Биофизика также помогает понять структуру и различные функции белка.

Подотрасли биофизики

  • Ниже приведены основные разделы биофизики.

    • Biochemistry

    • Физическая химия

    • Nanotechnology

    • Bioengineering

    • Вычислительная биология

    • Biomechanics

    • Bioinformatics

    • Medicine

    • Neuroscience

    • Physiology

    • Квантовая биология

    • Структурная биология

Технология биофизики

  • Ниже приведены основные технологии, используемые в биофизике.

    • Электронный микроскоп

    • Рентгеновская кристаллография

    • ЯМР-спектроскопия

  • Атомно-силовой микроскоп (АСМ)

  • Технология малоуглового рассеяния (SAS)

Введение

  • Эконофизика - это междисциплинарная наука, изучающая динамическое поведение финансовых и экономических рынков.

  • Чтобы решить проблемы экономики, а также понять динамическое поведение рынка, экономисты разрабатывают прикладные теории.

  • Эконофизика иногда также известна как физика финансов.

  • Он применяет статистическую механику для экономического анализа.

Вопросы эконофизики

  • Вопросы эконофизики включают:

    • Как точно измерить и объяснить важные свойства рыночной динамики?

    • Как стабилизировать рынки?

    • Каково различное поведение на разных рынках?

Инструменты эконофизики

  • Основные инструменты эконофизики:

    • Вероятностный метод

    • Статистический метод

    • Эти два метода заимствованы из статистической физики.

  • Other tools taken from Physics

    • Динамика жидкости

    • Классическая механика

    • Квантовая механика

Модели эконофизики

  • Ниже приведены основные модели, которые используются в эконофизике.

    • Модель перколяции

    • Кинетические биржевые модели рынков

    • Хаотические модели

    • Теория информации

    • Теория случайных матриц

    • Теория диффузии

Введение

  • Геофизика - это специализированный раздел науки о Земле, изучающий физические свойства и физические процессы Земли.

  • Геофизики используют некоторые количественные методы и передовые технологии для анализа свойств и процессов Земли.

  • Технологии геофизики используются для обнаружения полезных ископаемых, уменьшения опасности стихийных бедствий и защиты окружающей среды.

  • Геофизика была выделена как независимая дисциплина из различных предметов, таких как геология, физическая география, астрономия, метеорология и физика.

Элементы геофизики

  • Основные элементы, которые изучаются в рамках геофизики:

    • Форма Земли

    • Гравитационная сила Земли

    • Магнитные поля Земли

    • Внутреннее строение Земли

    • Состав Земли

    • Движение плиты Земли (тектоника плит)

    • Вулканическая активность

    • Скальное образование

    • Круговорот воды

    • Гидродинамика и др.

Проблемы, которые решают геофизики

  • Ниже приведены проблемные области, которыми занимаются геофизики:

    • Строительство шоссе и мостов

    • Картирование и разведка полезных ископаемых

    • Картирование и разведка воды

    • Картирование землетрясений и вулканических регионов

    • Геологическое картирование

    • Открытие археологии

    • Строительство плотины и ее безопасность

    • Судебно-медицинская экспертиза (поиск закопанных трупов)

Методы и технологии геофизики

  • Ниже приведены основные методы и технологии геофизики.

    • Geo-magnetism

    • Electromagnetics

    • Polarization

    • Сейсмические технологии

    • Георадар и др.

Преимущества геофизики

  • Ниже приведены основные преимущества геофизики:

    • Исследование и изучение археологических памятников без их разрушения

    • Проектирование экологически чистой городской архитектуры

    • Поиск и разумное использование природных ресурсов

    • Помощь в смягчении стихийных бедствий, таких как оползни, землетрясения и т. Д.

Введение

  • Нанотехнология - это наука об управлении атомами и молекулами и манипулировании ими с целью создания новой технологии.

  • Нанотехнология - это супрамолекулярная технология, что означает создание функциональных систем на молекулярном или супрамолекулярном уровне.

  • Интересно, что один нанометр (нм) равен одной миллиардной или 10-9 метра.

  • Концепция и идея нанотехнологии впервые обсуждались в 1959 году известным физиком Ричардом Фейнманом.

  • Ричард Фейнман в своем выступлении «На дне много места» описал возможность синтеза посредством прямого манипулирования атомами.

  • Однако в 1974 году термин «нанотехнология» впервые использовал Норио Танигучи.

Основные направления исследований

  • Ниже приведены основные области, в которых исследуются нанотехнологии.

    • Advanced Computing - Разработка суперкомпьютера

    • Электроника - разработка проводников и полупроводников

    • Лекарства - Разработка технологий для лечения рака (особенно рака груди).

    • Текстильная промышленность - нанофабрикация и др.

Применение нанотехнологий

  • Ниже приведены основные области применения нанотехнологий.

    • Производство спасательных медицинских роботов

    • Обеспечение доступа к компьютерам в сети для всех в мире

    • Установите сетевые камеры для наблюдения за всеми движениями (очень полезно для административной службы и поддержания правопорядка.

    • Производство не отслеживаемого оружия массового поражения.

    • Стремительные изобретения множества замечательных продуктов, полезных в повседневной жизни.

  • Точно так же молекулярная технология обладает рядом возможностей, которые принесут пользу человечеству; однако, в то же время, это также несет серьезную опасность. Неизвестное оружие массового уничтожения - идеальный пример его смертоносности.

Основные отрасли нанотехнологий

  • Ниже приведены основные отрасли нанотехнологий -

    • Nanoelectronics

    • Nanomechanics

    • Nanophotonics

    • Nanoionics

Дополнительные дисциплины нанотехнологий

  • Ниже приведены основные дисциплины, которые интегрировались в развитие науки о нанотехнологиях.

    • Наука о поверхности

    • Органическая химия

    • Молекулярная биология

    • Физика полупроводников

    • Microfabrication

    • Молекулярная инженерия

Влияние нанотехнологий

  • Каждая монета имеет две стороны. Точно так же применение нанотехнологий в промышленных масштабах, то есть производство наноматериалов может иметь негативные последствия для здоровья человека, а также для окружающей среды.

  • Рабочие, которые особенно работают в отрасли, где не используются материалы, более уязвимы, поскольку они вдыхают находящиеся в воздухе наночастицы и нановолокна. Эти наноматериалы могут привести к ряду заболеваний легких, включая фиброз и т. Д.

Введение

  • Раздел медицинской физики, изучающий нервную систему, такую ​​как мозг, спинной мозг и нервы, известен как нейрофизика.

  • Исследователи нейрофизики исследуют основные физические основы мозга, чтобы понять его различные функции.

  • Нейрофизики также изучают познавательный процесс человека.

  • Термин «нейрофизика» был первоначально взят из греческого термина, а именно «нейрон», что означает "nerve" и "physis" значение ‘nature,’ или же ‘origin.’ Итак, нейрофизика в основном занимается изучением работы нервной системы.

  • Более того, целостность нейронной физики также предполагает, что вся Вселенная существует, но таким образом, который выходит за рамки концепции биологических организмов.

Нейрофизическая терапия

  • Нейрофизическая терапия - это сложный метод лечения, основанный на физических упражнениях. Такой метод лечит широкий спектр заболеваний, и его успешность также высока.

  • Некоторые из серьезных заболеваний, которые можно вылечить с помощью нейрофизической терапии, перечислены ниже:

    • Arthritis

    • Атлетические показатели

    • Метаболические нарушения

    • Rehabilitation

    • Биполярное расстройство

    • Migraine

    • Хроническая боль

    • Заболевание двигательных нейронов

    • Дегенеративные расстройства

    • Депрессия (клиническая; реактивная)

    • Мышечная дистрофия

    • Наркотическая зависимость

    • Epilepsy

    • Osteoarthritis

    • болезнь Паркинсона

    • Вестибулярные расстройства

    • Наследственная спастическая параплегия и др.

  • Кроме того, практика нейрофизики помогает нам оставаться здоровыми и лучше функционировать в повседневной жизни, поскольку она дает метод, то есть как равномерно распределить стресс в вашем теле, не позволяя ему изолироваться.

Введение

  • Психофизика - это, по сути, междисциплинарный раздел психологии и физики; он изучает взаимосвязь между физическими стимулами и ощущениями, а также ощущениями, которые они производят.

  • Психофизики анализируют процессы восприятия, изучая их влияние на поведение; кроме того, они также изучают систематически изменяющиеся свойства стимула по одному или нескольким физическим измерениям.

  • Концепция психофизики была впервые использована в 1860 году Густавом Теодором Фехнером в Лейпциге, Германия.

  • Фехнер опубликовал свое исследование, а именно: ‘Elemente der Psychophysik’ (т.е. элементы психофизики).

Термины психофизики

  • Ниже приведены обычно используемые термины в психофизике:

    • Signal detection theory - Он объясняет взаимодействие сенсорных способностей и элементов принятия решений при обнаружении стимула.

    • ‘Ideal observer analysis - Это метод исследования того, как информация обрабатывалась в системе восприятия.

    • Difference thresholds- Это помогает различать два стимула. Этот момент называется просто заметной разницей.

    • Absolute threshold - Момент, в котором человек впервые определяет силу стимула, то есть его присутствие.

    • Scaling - Он использует рейтинговые шкалы для определения относительных значений.

Современные подходы психофизиков

  • Исследования современных психофизиков:

    • Vision

    • Hearing

    • Прикосновение (или чувство)

  • На основе этого психофизики измеряют, что решение воспринимающего извлекает из стимула.

Заявление психофизиков

  • В современном мире психофизика обычно применяется для лечения многих психологических проблем.

Введение

  • Астрофизика - одна из старейших областей естествознания или астрономии.

  • Астрофизика используется как основа для создания календарей и навигации.

  • Астрофизика также используется в качестве важного материала для религий, потому что с самого начала астрологи использовали эту науку в своих астрологических работах.

  • Современный раздел астрофизики, а именно «теоретическая астрофизика», описывает функции и поведение небесных тел.

  • Теоретическая астрофизика использует широкий спектр инструментов, таких как аналитические модели (например, политропы для аппроксимации поведения звезды) и вычислительное численное моделирование.

Темы астрофизики

  • Ниже приведены основные темы астрофизики (современные) -

    • Солнечная система (формирование и эволюция);

    • Звездная динамика и эволюция;

    • Формирование и эволюция галактик;

    • Magneto-hydrodynamics;

    • Происхождение космических лучей;

    • Общая теория относительности и физическая космология.

Основные работы по астрофизике

  • Ниже приведены основные достижения в области астрофизики.

    • Используя телескоп, Галилей провел первые астрономические исследования в 1609 году. Галилей обнаружил солнечные пятна и четыре спутника Сатурна.

    • На основе наблюдений Тихо Браге Кеплер разработал три закона движения планет.

    • В 1687 году Ньютон ввел законы движения и гравитации.

    • Предложив в 1916 году теорию относительности, Эйнштейн обеспечил первую прочную основу для изучения космологии.

    • В 1926 году Хаббл обнаружил, что галактики удаляются, и их скорость увеличивается с увеличением расстояния. Это означает, что Вселенная расширяется, и экстраполяция этого расширения назад во времени привела к концепции «Большого взрыва».

    • В 1974 году Халс и Тейлор открыли двойную систему из двух пульсаров, что доказало существование гравитационных волн.

Астрономия

  • Астрономия - старейшая отрасль науки, изучающая небесные объекты и их функциональные явления.

  • Чтобы объяснить происхождение небесных тел, их эволюцию и явления, применяются различные научные дисциплины, такие как физика, химия, математика.

  • Объектами исследования являются -

    • Planets

    • Спутники или луны

    • Stars

    • Galaxies

    • Кометы и др.

  • Некоторые из важных явлений, которые изучаются:

    • Взрывы сверхновых

    • Гамма-всплески и

    • Космическое микроволновое фоновое излучение и др.

  • В течение 20 - го века, на основе подхода исследования, астрономия классифицируются как -

    • Observational astronomy- Основываясь на подходе и методах, ученые-наблюдатели астрономии наблюдают, собирают и анализируют небесные данные. Для анализа данных они используют основные принципы физики.

    • Theoretical astronomy - Ученые-теоретики астрономии пытаются разработать компьютерные или аналитические модели для описания небесных тел и их функций.

  • Точно так же астрономия включает в себя различные дисциплины, такие как астрономия, астрометрия, наблюдательная астрономия и т. Д .; вот как астрофизика глубоко связана с астрономией.

В следующей таблице показаны основные единицы измерения в физике -

Масса и связанные с ней величины
Количество Условное обозначение Единица измерения
Плотность ρ кг.м -3
Объем V м -3
Сила F Ньютон (N)
Крутящий момент M Нм
Давление п Паскаль (Па)
Динамическая вязкость η Па · с
Акустическое давление п Паскаль (pa)
Динамический объем v м 3
Электричество и магнетизм
Количество Условное обозначение Единица измерения
Мощность п ватт (Вт = Дж / с)
Энергия W джоуль (J = Nm)
Напряженность магнитного поля ЧАС ампер на метр (А / м)
Электрическое поле E вольт на метр (В / м)
количество электричества Q кулон (C = As)
Электрическое сопротивление р Ом (Ом = В / А)
электрическая емкость C фарад (F = C / V)
Разность потенциалов U вольт (В = Вт / А)
Международная система единиц
метр м Длина
килограмм кг Масса
второй s Время
ампер А Электрический ток
кельвин K Термодинамическая температура
моль моль Количество вещества
кандела CD Интенсивность света
радиан рад Угол
стерадиан SR Телесный угол
герц Гц Частота
ньютон N Сила, вес
паскаль Па давление, стресс
джоуль J энергия, работа, тепло
ватт W Мощность, сияние, поток
кулон C Электрический заряд
вольт V Напряжение, электродвижущая сила
фарад F Электрическая емкость
ом Ω Электрическое сопротивление
тесла Т Плотность магнитного потока
градус Цельсия 0 С Температура
беккерель Бк радиоактивность
Генри ЧАС Магнитная индукция
Ангстрем Å Длина волны

Преобразование единиц

Блок I Стоимость в другой единице
1 дюйм 2,54 сантиметра
1 фут 0,3048 метра
1 фут 30,48 см
1 ярд 0,9144 метра
1 миля 1609,34 метра
1 цепь 20,1168 метров
1 морская миля 1.852 км
1 Ангстрем 10 -10 метров
1 квадратный дюйм 6,4516 квадратных сантиметра
1 акр 4046,86 квадратных метров
1 зерно 64,8 миллиграмм
1 драм 1,77 г
1 унция 28,35 г
1 фунт 453,592 грамм
1 лошадиная сила 735.499 Вт

В следующей таблице показаны основные научные инструменты и их использование.

Инструмент Использовать
Акселерометр Измеряет ускорение
Высотомер Измеряет высоту самолета
Амперметр Измеряет электрический ток в амперах
Анемометр Измеряет скорость ветра
Барометр Измеряет атмосферное давление
Болометр Измеряет лучистую энергию
Каверномер Измеряет расстояние
Калориметр Измеряет тепло (в химической реакции)
Крескограф Измеряет рост растений
Динамометр Измеряет крутящий момент
Электрометр Измеряет электрический заряд
Эллипсометр Измеряет оптические показатели преломления
Фатометр Измеряет глубину (в море)
Гравиметр Измеряет локальное гравитационное поле Земли.
Гальванометр Измеряет электрический ток
Ареометр Измеряет удельный вес жидкости
Гидрофоны Измеряет звуковую волну под водой
Гигрометр Измеряет атмосферную влажность
Инклинометр Измеряет ангел наклона
Интерферометр Спектры инфракрасного света
Лактометр Измеряет чистоту молока
Магнитограф Измеряет магнитное поле
Манометр Измеряет давление газа
Омметр Измеряет электрическое сопротивление
Одометр Измеряет расстояние, пройденное колесным транспортным средством
Фотометр Измеряет интенсивность света
Пирометр Измеряет температуру поверхности
Радиометр Измеряет интенсивность или силу излучения
Радар Обнаруживает удаленный объект, например самолет и т. Д.
Секстант Измеряет угол между двумя видимыми объектами
Сейсмометр Измеряет движение земли (землетрясения / сейсмические волны)
Спектрометр Измеряет спектры (световой спектр)
Теодолит Измеряет горизонтальные и вертикальные углы
Термобатарея Измеряет небольшое количество лучистого тепла
Термометр Измеряет температуру
Удометр Измеряет количество осадков
Вискозиметр Измеряет вязкость жидкости
Вольтметр Измеряет вольт
Измеритель Вентури Измеряет расход жидкости

В следующей таблице показаны основные изобретения и их изобретатели в области физики.

Изобретение Изобретатель
Шкала Цельсия Андерс Цельсий
Часы Питер Генлейн
Радио Guglielmo Marconi
Telephone Alexander Graham Bell
Electricity Benjamin Franklin
Electric Light Bulb Thomas Edison
Thermometer Galileo Galilei
Telescope Hans Lippershey and Zacharias Janssen; later Galileo
Telegraph Samuel Morse
Cosmic Rays Victor Hess (but the term ‘cosmic rays’ first used by Robert Millikan
Automobile Karl Benz
Magnetic Tape Fritz Pfleumer
Transformer Michael Faraday (later Ottó Titusz Bláthy)
Electromagnetic Induction Michael Faraday
Quantum mechanics Werner Heisenberg, Max Born, and Pascual Jordan
Wave mechanics Erwin Schrödinger
Nuclear Reactor Enrico Fermi
Fuel Cell William Grove
Airplane Wright Brothers
Barometer Evangelista Torricelli
Camera Nicéphore Niépce
Diesel Engine Rudolf Diesel
Helicopter Igor Sikorsky
Dynamite Alfred Nobel
Lift Elisha Otis
Laser Printer Gary Starkweather
Mobile Phone Martin Cooper
Printing Press Johannes Gutenberg
Video Games Ralph Baer
Steam engine Thomas Newcomen
Railway Engine George Stephenson
Jet Engine Frank Whittle
Seismograph John Milne
Electric Generator Michael Faraday
Television John Logie Baird
Refrigerator William Cullen (later Oliver Evans)
Carburetor Luigi De Cristoforis & Enrico Bernardi
Air Brake George Westinghouse
Atomic bomb Robert Oppenheimer, Edward Teller et al
Air conditioner Willis Carrier
Machine Gun Sir Hiram Maxim
Radar Sir Robert Alexander Watson-Watt
Submarine Cornelius Drebbel (later) David Bushnell
First military submarine Yefim Nikonov
Transistor John Bardeen, Walter Brattain, and William Shockley
Galvanometer Johann Schweigger
Laser Theodore H. Maiman (first demonstrated)
Neon lamp Georges Claude
Rocket Engine Robert Goddard
Typewriter Christopher Latham Sholes

The following table illustrates the major events (along with probably time period) that occurred in physics −

Event Time Period
Babylonians collected information of planets and stars 2000 BC to 1600 BC
Ancient Indians explained the evolution of universe and also explained about sun, moon, earth, and other planets 1500 BC to 1000 BC
Greek philosopher Anaxagoras explained the physical universe During 5th Century BC
Two Greek philosophers namely Leucippus and Democritus established the school of Atomism During 5th Century BC
Aristotle, the Greek philosopher, described a geocentric universe During 4th Century BC
The Greek philosopher Heraclides explained the motions of planets and stars During 4th Century BC
Eratosthenes, the Greek mathematical geographer proposed the round shape of the Earth During 3rd Century BC
Hipparchus was the first who measured the precession of the equinoxes During 2nd Century BC
Based on Aristotelian ideas, the Roman-Egyptian mathematician and astronomer Ptolemy described a geocentric model During 2nd Century AD
The Indian astronomer and mathematician Aryabhata described the earth’s elliptical orbit around the sun and its axis (heliocentric view) During 5th Century AD
Brahmagupta, the Indian mathematician and astronomer noticed the gravity of earth During 7th Century AD
Abu al-Rayhan al-Biruni, the Persian astronomer described the Earth's gravitation. During 11th Century AD
Nicolaus Copernicus, the Polish astronomer and polymath explained the heliocentric principal scientifically During 16th Century Ad
Johannes Kepler, the German mathematician and astronomer propounded Laws of Planetary Motion During 17th Century AD
Galileo Galilei, the Italian mathematician and physicist invented an astronomical telescope During 17th Century AD
Sir Isaac Newton, the English mathematician, astronomer, and physicist propounded Laws of Motions and Universal Law of Gravitation During 17th Century AD
Emanuel Swedenborg first suggested parts of the nebular hypothesis 1734 AD
Immanuel Kant publishing “Universal Natural History and Theory of the Heavens,” and explained nebular hypothesis 1755 AD
Max Planck, the German physicist described the law of black body radiation and led the foundation of quantum physics During 20th Century AD
Albert Einstein, the German physicist propounded the theory relativity During the 20th Century AD
Max Planck introduced formula for Black Body radiation 1900 AD
Kamerlingh Onnes experimented and noticed superconductivity 1911 AD
Wolfgang Pauli, the Austrian theoretical physicist proposed an important quantum mechanical principle namely the ‘Pauli exclusion principle’ 1925 AD
Georges Lemaître proposed Big Bang theory 1927 AD
Edwin Hubble explained the expanding nature of universe (known as Hubble’s Law) 1929 AD
Otto Hahn discovered nuclear fission discovered 1938 AD
Black Hole Entropy 1972 AD
Richard Feynman proposes quantum computing 1980 AD
Theory of cosmic inflation 1981 AD
Top quark discovered 1995 AD
Gravitational waves detected 2015 AD

Introduction

  • The meaning of unsolved problems is – the developed theories and models are incapable to explain some ongoing phenomenon or science experiments are not able to rectify the concerned phenomena.

  • The following table illustrates the major unsolved problems in physics −

Quantum Physics
Is there a single possible past?
Is the present time physically distinct from the past and future?
How is quantum information stored as a state of a quantum system?
Cosmology
Is there any feasibility to reconcile time with general relativity?
Why is the distant universe so homogeneous when the Big Bang theory appears to predict larger measurable anisotropies of the night sky than the observed one?
Is the universe heading towards a Big Freeze, a Big Crunch, a Big Rip, or a Big Bounce?
What is the size of the whole universe?
What is the identity of dark matter?
What is the probable cause of the observed accelerated expansion of the universe?
Black holes Is there any way to probe the internal structure of black holes somehow?
Extra dimensions Does nature have any fifth space time dimensions?
Particle physics
Is the proton fundamentally stable?
Did particles that carry "magnetic charge" exist in the past?
What is the electric charge radius of the proton?
How does electric charge differ from gluonic charge?
Astrophysics
How does the Sun generate its periodically reversing large-scale magnetic field?
Why & how is the Sun's corona (i.e. atmosphere layer) much hotter than the Sun's surface?
What is responsible for the numerous interstellar absorption lines discovered in astronomical spectra?
What is the origin of the M-sigma relation between the supermassive black hole mass and the galaxy velocity dispersion?
What is the precise mechanism by which an implosion of a dying star becomes an explosion?
What is the source of space roar?
Where did Earth's water come from?
What is the nature of neutron stars and dense nuclear matter?
What is the origin of the elements in the cosmos?
Optical physics What is the momentum of light in optical media?
Biophysics
How do genes govern human body, withstanding different external pressures and internal stochasticity?
What are the quantitative properties of immune responses?
What are the basic building blocks of immune system networks?
Condensed matter physics
Is topological order stable at non-zero temperature?
Is it feasible to develop a theoretical model to describe the statistics of a turbulent flow?
What causes the emission of short bursts of light from imploding bubbles in a liquid when excited by sound?
What is the nature of the glass transition between a fluid or regular solid and a glassy phase?
What is the mechanism that causes certain materials to exhibit superconductivity at temperatures much higher than around 25 kelvin?
Is it possible to make a material that is a superconductor at room temperature?

The following table illustrates the major ‘Terms’ in physics −

Terms Meaning
Absolute Zero It means the theoretical lowest possible temperature
Acoustics The branch of physics that studies sound
Adhesion The propensity of dissimilar particles or surfaces to adhere or cling to one another
Alpha particles It consists of two protons and two neutrons bound together into a particle (i.e. identical to a helium nucleus)
Amorphous solid It is non-crystalline solid, which has no definite shape
Amplitude It is height of a wave, which is measured from its center position
Angstrom (Å) It is an unit of linear measurement that measures micro-particles
Atomic mass unit It is one-twelfth the mass of an atom of the isotope 12⁄6C
Beta Particles It is high-energy, high-speed electrons or positrons emitted by the particular types of radioactive nuclei
Big Bang The cosmological model that explains the early development of the Universe
Binding energy The mechanical energy that is required to disassemble a whole into separate parts
Black hole A region of space-time, which gravity is very powerful and prevents anything, including light, from escaping
Boson It is one of two classes of elementary particles; second one is fermions
Cathode An electrode through which electric current flows out of a polarized electrical device
Centrifugal force Center fleeing
Centripetal force Center seeking
Condensed matter physics A branch of physics that studies the physical properties of condensed phases of matter
Convection The process of transfer of heat by the actual transfer of matter
Crest The point on a wave with the maximum value
Doppler effect The change in frequency of a wave for an observer moving relative to its source
Ductility It is the property of solid material that deform under tensile stress
Elasticity It is physical property of materials which return to their original shape once they are deformed.
Electromagnet A typical magnet in which the magnetic field is produced by passing the electric current
Entropy A quantity that describes the randomness of a substance or a system
Escape velocity The speed at which the kinetic energy and the gravitational potential energy of an object is zero. Likewise, the escape velocity is the speed required to "break free" from a gravitational field without further propulsion
Free fall Any motion of a body where its weight is the only force acting upon it
Ice point A transitional phase of a substance from a liquid to a solid.
Inertia It is the tendency of an object to resist any change in its motion
Kinematics Geometry of motion
Neutrino An electrically neutral subatomic particle
Photon It is an elementary particle
Quark It is an elementary particle and a fundamental constituent of matter
Redshift Shifting towards the red end of the spectrum
Screw It is a mechanism that converts rotational motion to linear motion
Siphon An inverted U tube that causes a liquid to flow uphill without support of any pump. It is basically powered by the fall of the liquid as it flows down the tube under the force of gravity
Sublimation It is a process of transformation in which solid directly changed to gas without passing through an intermediate liquid phase
Supernova A stellar explosion, which is more energetic than a nova
Vector Vector is a quantity, which has both magnitude and direction
White dwarf It is a stellar remnant, which is composed largely of electron-degenerate matter. These are very dense
Wind shear It is the difference between wind speed and direction over a relatively short distance in the atmosphere

The following table illustrates the major theories in Physics along with their respective fields −

Theory Filed
Standard Model Nuclear Particle Physics
Quantum field theory
Quantum electrodynamics
Quantum chromodynamics
Electroweak theory
Effective field theory
Lattice field theory
Lattice gauge theory
Gauge theory
Supersymmetry
Grand unification theory
Superstring theory
M-theory
Quantum optics Optical physics
Quantum chemistry Atomic and molecular physics
Quantum information science
BCS theory Condensed matter physics
Bloch wave
Density functional theory
Fermi gas
Fermi liquid
Many-body theory
Statistical Mechanics
Big Bang Astrophysics
Cosmic inflation
General relativity
Newton's law of universal gravitation
Lambda-CDM model
Magneto-hydrodynamics
Newton's Law of universal gravitation Mechanics
Newton's Laws of motion
Ampère's circuital law Current Electricity
Birch's law Geophysics
Bell's theorem Quantum mechanics
Beer–Lambert law Optics
Avogadro's law Thermodynamics
Boltzmann equation
Boyle's law
Coulomb's law Electrostatics and Electrodynamics
Doppler effect Sound
Theory of relativity (Einstein) Modern Physics
Faraday's law of induction Electromagnetism
Gauss's law Mathematical Physics
Pascal's law Fluid statics and dynamics
Planck's law Electromagnetism
Raman scattering Optics
Vlasov equation Plasma physics

Introduction

  • The Nobel Prize in Physics is the most prestigious award given yearly by the Royal Swedish Academy of Sciences.

  • The Noble prize is given to those physicists who conferred the most outstanding contributions for mankind (in physics).

  • Wilhelm Röntgen, a German/Dutch physicist, was the first person who had received the first Nobel Prize in 1901.

  • Wilhelm Röntgen had received the Nobel Prize for discovery of the remarkable x-rays).

  • In the field of physics (by the time), only two women have won the Nobel Prize, namely Marie Curie (in 1903) and Maria Goeppert Mayer (in 1963).

  • The following table illustrates some of the significant physicists who have received the Nobel Prize along with their remarkable works −

Name Year: Country Work
Wilhelm Conrad Röntgen 1901: Germany Discovery of the remarkable rays
Hendrik Lorentz 1902: Netherlands Worked on the influence of magnetism upon radiation phenomena
Pieter Zeeman
Antoine Henri Becquerel 1903: France Spontaneous radioactivity
Pierre Curie Radiation phenomena
Maria Skłodowska-Curie 1903: Poland/France
Philipp Eduard Anton von Lenard 1905: Austria-Hungary Worked on cathode rays
Guglielmo Marconi 1909: Italy Development of wireless telegraphy
Karl Ferdinand Braun 1909: Germany
Max Planck 1918: Germany Discovered energy quanta
Johannes Stark 1919: Germany Discovered Doppler effect in canal rays
Albert Einstein 1921: Germany-Switzerland For the discovery of the law of the photoelectric effect
Niels Bohr 1922: Denmark Investigated the structure of atoms
Chandrasekhara Venkata Raman 1930: India Worked on scattering of light
Werner Heisenberg 1932: Germany Created quantum mechanics
Erwin Schrödinger 1933: Austria Discovered productive forms of atomic theory
Paul Dirac 1933: United Kingdom
James Chadwick 1935: UK Discovered Neutron
Victor Francis Hess 1936: Austria Discovered cosmic radiation
Willis Eugene Lamb 1955: US Discovered the fine structure of the hydrogen spectrum
Emilio Gino Segrè 1959: Italy Discovered the antiproton
Owen Chamberlain 1959: US
Lev Davidovich Landau 1962: Soviet Union Theories for condensed matter
Maria Goeppert-Mayer 1963: US Discovered nuclear shell structure
J. Hans D. Jensen 1963: Germany
Hans Albrecht Bethe 1967: US Worked on the theory of nuclear reactions
Murray Gell-Mann 1969: US Classification of elementary particles and their interaction
Hannes Olof Gösta Alfvén 1970: Sweden Worked on plasma physics
Louis Néel 1970: France Worked solid state physics (antiferromagnetism and ferrimagnetism)
Dennis Gabor 1971: Hungary-UK Developed the holographic method
John Bardeen 1972: US Developed the theory of superconductivity
Leon Neil Cooper
John Robert Schrieffer
Arno Allan Penzias 1978: US Discovered cosmic microwave background radiation
Robert Woodrow Wilson
Nicolaas Bloembergen 1981: Netherlands-US Developed laser spectroscopy
Arthur Leonard Schawlow 1981: US
Ernst Ruska 1986: Germany Designed the first electron microscope
Johannes Georg Bednorz 1987: Germany Discovered the superconductivity in ceramic materials
Karl Alexander Müller 1987: Switzerland
Robert B. Laughlin 1998: US Discovered a new form of quantum fluid
Horst Ludwig Störmer 1998: Germany
Daniel Chee Tsui 1998: China-US
Jack St. Clair Kilby 2000: US Developed integrated circuit
Riccardo Giacconi 2002: Italy-US Discovered cosmic X-ray sources
Roy J. Glauber 2005: US Worked on the quantum theory of optical coherence
Willard S. Boyle 2009: Canada-US Invented an imaging semiconductor circuit – the CCD sensor
George E. Smith 2009: US
Takaaki Kajita 2015: Japan Discovered neutrino oscillations, which illustrations that the neutrinos have mass
Arthur B. McDonald 2015: Canada

Ниже приведены эксклюзивные категории наград, присуждаемых в области физики.

Премия Дэвида Адлера за лекцию в области физики материалов
Премия Александра Холлендера в области биофизики
Приз Ханнеса Альфвена
Премия Эндрю Геманта
Медаль Эпплтона и приз
Золотая медаль ASA
Серебряная медаль ASA
Приз Ганса Бете
Blaise Pascal Стул
Боголюбовская премия
Боголюбовская премия (НАН Украины)
Боголюбовская премия для молодых ученых
Медаль Больцмана
Премия Людвига Больцмана
Премия Тома В. Боннера в области ядерной физики
Приз Макса Борна
Премия за прорыв в фундаментальной физике
Премия Оливера Э. Бакли по конденсированной материи
Премия CAP-CRM по теоретической и математической физике
Премия Чарльза Харда Таунса
Премия Комстока по физике
Медаль Эллиота Крессона
Премия Дэвиссона – Гермера в области атомной физики или физики поверхности
Демидовская премия
Медаль Дадделла и приз
Медаль Эддингтона
Приз Эдисона Вольта
Премия Эйнштейна в области лазерной науки
Премия Альберта Эйнштейна
Медаль Альберта Эйнштейна
Премия Эйнштейна (APS)
Мировая премия имени Альберта Эйнштейна в области науки
Премия EPS Europhysics
Медаль Фарадея и премия
Нобелевская премия по физике
Премия гидродинамики (APS)
Премия Института Форсайта Фейнмана в области нанотехнологий
Список мемориальных призов Фрица Лондона
Медаль Мемориала Гектора
Премия Дэнни Хейнемана в области астрофизики
Премия Дэнни Хейнемана по математической физике
Премия Анри Пуанкаре
Медаль и приз Хойла
Премия Infosys
Медаль Исаака Ньютона
Премия Фрэнка Исаксона за оптические эффекты в твердых телах
Премия Джеймса Клерка Максвелла в области физики плазмы
Премия Джеймса К. МакГродди за новые материалы
Институт Нильса Бора
Премия Ом Пракаш Бхасин
Приз Отто Хана
Премия Абрахама Паиса по истории физики
Премия Джорджа Э. Пейка
Медаль Макса Планка
Премия Эрла К. Плайлера в области молекулярной спектроскопии
Премия Померанчука
Приз Ампера
Премия Анисура Рахмана в области вычислительной физики
Медаль Рэлея
Медаль Рэлея и приз
Медаль Дэвида Ричардсона
Премия Мемориала Рихтмайера
Премия Роберта А. Милликена
Премия Рамфорда
Медаль Резерфорда и премия
Приз Сакураи
Премия Абдуса Салама
Премия Артура Л. Шавлоу в области лазерных наук
Приз Вальтера Шоттки
Приз памяти Саймона
Sloan Fellowship
RWB Медаль Стивенса
Лебединая медаль и приз
Медаль Томсона и приз
Премия трех физиков
Премия ВАСВИК за промышленные исследования
Премия Вольфа по физике

Следующая таблица иллюстрирует список научных единиц, которые названы исключительно в честь их изобретателей / открывателей.

Ученый / изобретатель Единица измерения Меры
Андре-Мари Ампер ампер (А) Электрический ток
Лорд Кельвин кельвин (K) Термодинамическая температура
Антуан Анри Беккерель беккерель (Бк) Радиоактивность
Андерс Цельсий градус Цельсия (° C) Температура
Шарль-Огюстен де Кулон кулон (C) Электрический заряд
Александр Грэхем Белл децибел (дБ) Соотношение
Майкл Фарадей фарад (н) Емкость
Джозеф Генри Генри (H) Индуктивность
Генрих Рудольф Герц герц (Гц) Частота
Джеймс Прескотт Джоуль джоуль (Дж) Энергия, работа, тепло
Сэр Исаак Ньютон ньютон (N) Сила
Георг Симон Ом Ом (Ом) Электрическое сопротивление
Блез Паскаль паскаль (Па) Давление
Вернер фон Сименс сименс (S) Электрическая проводимость
Никола Тесла тесла (Т) Плотность магнитного потока
Алессандро Вольта вольт (В) Электрический потенциал и электродвижущая сила
Джеймс Ватт ватт (Вт) Мощность и лучистый поток
Вильгельм Эдуард Вебер Вебер (Wb) магнитный поток
Жан-Батист Биот биот (Би) Электрический ток
Питер Дебай дебай (D) Электрический дипольный момент
Лоранд Этвеш eotvos (E) Гравитационный градиент
Галилео Галилей галилей (гал) Ускорение
Карл Фридрих Гаусс гаусс (G или G) Плотность магнитного потока
Уильям Гилберт Гилберт (Гб) Магнитодвижущая сила
Джеймс Клерк Максвелл максвелл (Mx) Магнитный поток
Ганс Кристиан Эрстед Эрстед (Oe) Напряженность магнитного поля
Жан Леонар Мари Пуазей равновесие (P) Динамическая вязкость
Джордж Габриэль Стоукс сток (S или St) Кинематическая вязкость
Андерс Йонас Ангстрём Ангстрем (Å) Расстояние
Генрих Баркгаузен Шкала коры Психоакустическая шкала
Томас Хант Морган сантиморган (см) Частота рекомбинации
Мария Кюри и Пьер Кюри кюри (Ки) Радиоактивность
Джон Далтон дальтон (да) Атомная масса
Генри Дарси Дарси (D) Проницаемость
Гордон Добсон Единица Добсона (ДЕ) Атмосферный озон
Даниэль Габриэль Фаренгейт градус Фаренгейта (° F) Температура
Энрико Ферми Ферми (FM) Расстояние
Годфри Ньюболд Хаунсфилд Шкала Хаунсфилда Радио плотность
Карл Янский jansky (Ян) Электромагнитный поток
Сэмюэл Пирпон Лэнгли Лэнгли Солнечная радиация
Ирвинг Ленгмюр ленгмюр (L) Доза воздействия газа
Вильгельм Рентген рентген (R) Рентгеновские лучи или гамма-излучение
Чарльз Фрэнсис Рихтер Величина Рихтера Землетрясение
Теодор Сведберг Сведберг (S или Sv) Скорость оседания
Евангелиста Торричелли торр (Торр) Давление

Ниже приведены всемирно признанные ведущие учреждения в области физики.

Институт Страна
Массачусетский технологический институт (MIT) Соединенные Штаты Америки
Гарвардский университет Соединенные Штаты Америки
Кембриджский университет Великобритания
Стэндфордский Университет Соединенные Штаты Америки
Йельский университет Соединенные Штаты Америки
Калифорнийский университет в Беркли (UCB) Соединенные Штаты Америки
Оксфордский университет Великобритания
Колумбийский университет Соединенные Штаты Америки
Университет Принстон Соединенные Штаты Америки
Калифорнийский технологический институт (Калифорнийский технологический институт) Соединенные Штаты Америки
Чикагский университет Соединенные Штаты Америки
университет Мичигана Соединенные Штаты Америки
ETH Zurich - Швейцарский федеральный технологический институт Швейцария
Ludwig-Maximilians-Universität München Германия
Технический университет Мюнхена Германия
Университет Торонто Канада
Нью-Йоркский университет (NYU) Соединенные Штаты Америки
Имперский колледж Лондон Великобритания
Пенсильванский университет Соединенные Штаты Америки
Бостонский университет Соединенные Штаты Америки
Эдинбургский университет Великобритания
Токийский университет Япония
Cornell University Соединенные Штаты Америки
Университет Мэриленда, Колледж-Парк Соединенные Штаты Америки
Римский университет Ла Сапиенца Италия
Техасский университет в Остине Соединенные Штаты Америки
Национальный университет Сингапура (NUS) Сингапур
RWTH Ахенский университет Германия
Сеульский национальный университет Южная Корея
Университетский колледж Лондона Великобритания
Технологический институт Джорджии Соединенные Штаты Америки
Пекинский университет Китай
Осакский университет Япония
Государственный университет Пенсильвании Соединенные Штаты Америки
Мельбурнский университет Австралия
Калифорнийский университет в Сан-Диего (UCSD) Соединенные Штаты Америки
Университет Британской Колумбии Канада
Университет Макгилла Канада
Национальный Тайваньский университет (NTU) Тайвань
Австралийский национальный университет Австралия
Брауновский университет Соединенные Штаты Америки
Университет Дьюка Соединенные Штаты Америки
Делфтский технологический университет Нидерланды
Даремский университет Великобритания
Humboldt-Universität zu Berlin Германия
Университет Джона Хопкинса Соединенные Штаты Америки
Лундский университет Швеция
Нагойский университет Япония
Северо-Западный университет Соединенные Штаты Америки
Государственный университет Огайо Соединенные Штаты Америки
Университет Пердью Соединенные Штаты Америки
Университет Райса Соединенные Штаты Америки
Университет Рутгерса - Нью-Брансуик Соединенные Штаты Америки
Стокгольмский университет Швеция
Technische Universität Dresden Германия
Бристольский университет Великобритания
Вашингтонский университет Соединенные Штаты Америки