Fysiikka tieteenä
Johdanto
Fysiikka on kokeellinen luonnontiede, joka tutkii luonnonilmiöitä ja kappaleita sekä niiden mitattavia ominaisuuksia. Luonnontieteissä kiinnostuksen kohteena on luonto, fysiikan tapauksessa koko maailmankaikkeus. Kokeellisuus tarkoittaa, että fysiikan tietoa etsitään tekemällä kokeita, siis mittaamalla ja havainnoimalla järjestelmällisesti tutkittavaa ilmiötä tai kappaletta.
Fysiikan osa-alueita ovat muun muassa mekaniikka, termodynamiikka, geofysiikka, astrofysiikka, teoreettinen fysiikka ja kosmologia.
Fysiikan lähitieteitä ovat tieteet, jotka hyödyntävät fysiikan tietoa, muun muassa kemia ja lääketiede.
Arjessa teemme huomaamattamme paljon asioita, joissa hyödynnämme fysiikan meille tarjoamaa tietoa. Esimerkiksi katsomme kellosta aikaa, mittaamme lämpötilaa, käytämme kulkuneuvoja tai lähetämme puhelimellamme viestejä.
Pohdi hetki, miten hyötyy fysiikan tiedoista vaikkapa poliisi, merikapteeni tai urheilija. Keksitkö ammatin, jossa käytetään hyväksi fysiikan tietoja? Keksitkö ammatin, jossa ei käytetä?
Fysiikan tiedon hankinta
Kaikkien tieteiden tavoin fysiikan tiedonhankinnassa noudatetaan tieteellistä menetelmää. Tieteelliseen menetelmään kuuluu muun muassa, että kokeet ovat toistettavia sekä kokeilla saavutettu tieto on kaikkien saatavilla ja arvioitavissa. Näin varmistetaan tieteellisen tiedon luotettavuus ja paikkansapitävyys.
Yleensä tutkijoilla on aikaisempaa tietoa mielenkiinnon kohteena olevasta ilmiöstä. Aikaisemman tiedon perusteella tehdään päätelmiä ja herää uusia kysymyksiä, joihin halutaan löytää vastaus. Tutkijat tekevät hypoteesin. Hypoteesi on ennakko-oletus siitä, mikä olisi vastaus kysymykseen. Hypoteesin testaamiseksi tehdään koejärjestely. Kun koejärjestely on valmis, tehdään koe ja saadaan jonkinlaisia tuloksia. Tuloksien oikeellisuutta arvioidaan ja tuloksista tehdään päätelmiä. Tulosten avulla voidaan laatia malli tutkitusta asiasta. Malli on kuvaus luonnonilmiöstä. Mallin avulla voidaan selittää ilmiötä ja tehdä ennusteita ilmiöstä. Hyvin ilmiötä kuvaava malli voidaan muotoilla teoriaksi. Teoria on ilmiön tieteellinen selitys. Mallien ja teorioiden paikkansapitävyyttä testataan ja ne ovat jälleen pohjana uusille kysymyksille. Näin fysiikan tiedonhankinta kulkee ikään kuin kehää, jossa aikaisempi tieto on aina pohjana uusille kysymyksille ja samalla tietomme lisääntyy ja tietämyksemme kehittyy.
Työturvallisuus
Työturvallisuuden kannalta keskeistä on, että osaat toimia turvallisesti laboratorioympäristössä, tiedät mitä voit itse tehdä parantaaksesi turvallisuutta, osaat käyttää työvälineitä oikein ja turvallisesti, tunnet varoitusmerkit sekä osaat toimia vahingon sattuessa.
Fysiikan luokan työturvallisuus voidaan tiivistää seuraaviin kohtiin:
- kuuntele ohjeet ja noudata niitä,
- liiku ja toimi rauhallisesti,
- noudata huolellisuutta ja siisteyttä,
- laboratoriotiloissa mitään ei laiteta suuhun.
Mittaaminen
Fysiikassa hankimme tietoa havainnoimalla ja mittaamalla. Mittaaminen on vertaamista. Mittauksessa mitattavaa ominaisuutta verrataan sopivaan mittayksikköön. Esimerkiksi puun korkeutta mitatessamme vertaamme puun korkeutta metrin mittaan. Mittayksikkö on järkevää valita mittauskohteen mukaan. Käytössämme on myös standardoitu mittayksikkö järjestelmä, niin kutsuttu SI-järjestelmä, jotta mittaustulokset olisivat ymmärrettäviä ja vertailukelpoisia kaikkialla maailmassa.
Suure
Suure on mitattava ominaisuus. Esimerkiksi pituus on mitattava ominaisuus. Kauneus tai silmienväri eivät ole suureita, koska niitä ei voi yksiselitteisesti mitata. Suureella on aina mittayksikkö. Esimerkiksi pituuden SI-järjestelmän mukainen mittayksikkö on metri.
Suureet voidaan jakaa perussuureisiin ja johdannaissuureisiin. Perussuureet ovat suureita, jotka voidaan määrittää vain mittaamalla. Perussuureita on SI-järjestelmässä seitsemän. Ne on lueteltu alla olevassa taulukossa.
| Suure | Suureen tunnus | Mittayksikkö | Yksikön lyhenne |
| pituus | s | metri | m |
| massa | m | kilogramma | kg |
| aika | t | sekunti | s |
| lämpötila | T, t | kelvin, celsiusaste | K, °C | ainemäärä | n | mooli | mol |
| sähkövirta | I | ampeeri | A |
| valovirta | Φ | kandela | cd |
Johdannaissuureet johdetaan perussuureista. Esimerkiksi nopeus on johdannaissuure. Se saadaan laskemalla: matkan pituus jaettuna ajalla.