NRCFs frågelåda i fysik - nyckelord: fysik

Ursprunglig fråga:
Vilka är de största utmaningarna i astrofysiken idag?
/Emanuel B, Jensen, Västerås

Vilka som är de största utmaningarna är upp till var och en. Personligen skulle jag säga att de viktigaste är:

* Förståelsen för hur supernovor exploderar är inte fullständig. Se fråga 9964

* Baryonasymmetri. Varför finns det mycket mer materia än antimateria i universum? Se fråga 19209

* Problemet med den kosmologiska konstanten. Varför orsakar vakuumenergin inte en stor kosmologisk konstant? Se fråga 20330

Det är som synes en lång lista med brister i vår förståelse! Betyder detta att vi egentligen förstår mycket lite av fysiken? Nej absolut inte, det finns mycket mer fysik som är mycket väl förstådd! Se dock fysik, förståelse av .

2 Min andra fråga gäller Resistans, Min fysik bok säger såhär, "Mätningarna som Ohm gjorde visade att en tjock tråd gav mindre motstånd än en tunn tråd som var lika lång eftersom det är lättare för laddningarna att ta sig fram i en tjockare tråd." Varför är det så att en tjockare tråd gör det lättare för laddningarna att ta sig fram? Per ytenhet borde det ju bli lika stort antal nukleoner i vägen för laddningen, då densiteten är densamma för tråden.
/Martin H, Vuxenutbildningen Kungälv, Kungälv

Svar:
1 Ja, det är en grundläggande lag att ett system söker sig till tillståndet med lägst energi.

Så varför förvandlas inte all materia till ⁶²Ni, som är den mest bundna nukleonen (största bindningsenergin per nukleon), se fråga 19559

? Svaret är helt enkelt att det finns andra lagar som förhindrar detta. Succesiv infångning av protoner och b⁺-sönderfall skulle kunna leda till ⁶²Ni men Coulomb-repulsionen mellan protonerna hindrar detta vid låga temperaturer. Fission av tunga ämnen skulle kunna producera Ni, men spontan fission hindras av en barriär. Det är som att parkera en bil i en backe: Bilen vill egentligen rulla ner, men en bra handbroms hindrar den.

2 Motståndet är enligt Ohms lag R=U/I, så större ström ger mindre motstånd.

Större tvärsnittsyta ger högre ström för given spänning eftersom strömtätheten är densamma. En tråd med dubbla tvärsnittsytan är ekvivalent med två trådar - dubbla strömmen transporteras. Det är samma effekt som att en sexfilig motorväg har mer kapacitet än en fyrfilig.
/Peter E

"Dessutom förklarar eleven och visar på mönster i himlakroppars rörelse i förhållande till varandra..."

Det är ett kriterium för betyget A. Det som skiljer målen för A från kunskapsmålet på nivå C (som är lägre) är att då behöver eleven istället för att se mönster i rörelserna visa på samband kring himlakroppars rörelse i förhållande till varandra.

Jag har undervisat eleverna i min åk 5 om hur bl.a. planeterna rör sig runt solen och hur månar rör sig kring planeter. Vi har pratat om att gravitationen håller planeter och månar i sina omloppsbanor och att gravitationen påverkar kroppar som är nära mer än kroppar som befinner sig långt ifrån. Vi har pratat om att det är anledningen till att planeterna närmast solen rör sig snabbare i sina omloppsbanor jämfört med planeterna längre bort. Generaliseringen som vi gjort är att himlakroppar med större massa och gravitation håller kroppar med mindre massa och gravitation i omloppsbana istället för tvärtom. Men vi har också resonerat om att de mindre kropparna också drar i de större och skapar en "wobblande" rörelse hos dem.

Hur tolkar ni skillnaden mellan att se mönster och se samband kring himlakropparnas rörelser. Är det något som jag borde ta upp mer med mina elever för att komma ner på det djup som kunskapsmålet riktar in sig på?

Svar:
Hej Petri! Jag håller i stort med om kunskapsmålen tycker det låter som att du uppfattat dem mycket bra.

För det första är jag allergisk mot begreppet förklara när det gäller fysikens lagar. Förklara är för mig svar på frågan varför?. I djupare mening vet vi inte varför naturlagarna är som de är, se fråga 12126

Fysik är en empirisk vetenskap som i grunden bygger på observationer och experiment, se fråga 14232

. Fysiken använder matematik som ett verktyg, men fysik är inte matematik. Ofta utgår man från ett antagande och detta antagande kan sedan få stöd genom direkta eller indirekta observationer. Einstein antog t.ex. att ljushasigheten i vakuum är konstant när han utvecklade sin speciella relativitetsteori, och denna har visat sig stämma mycket väl.

Från Tycho Brahes mycket exakta mätningar av planeten Mars' rörelse (slutet av 1500-talet) kunde Johannes Kepler (i början av 1600-talet) få fram tre lagar för planeternas rörelser. Samtidigt använde Gallileo Gallilei det nyuppfunna teleskopet för att göra astronomiska observationer. Han studerade även, både teoretiskt och experimentellt, kroppars rörelse.

Isaac Newton kunde senare (andra hälften av 1600-talet) förklara planeternas rörelser med hjälp av en lag, den universella gravitationslagen och nyutvecklad matematik (differentialkalkyl).

Den ovanstående utgör det centrala i utvecklingen av den moderna vetenskapliga metod som används i naturvetenskapen, se fråga 14237

En annan viktig aspekt på fysik är att fysikaliska lagar inte är huggna i sten, utan de kan modifieras allteftersom vi gör bättre observationer.

Lagarna kan emellertid inte ändras hur fritt som helst, utan de måste alltid kunna förklara alla befintliga mätresultat. Einsteins allmänna relativitetsteori beskriver gravitationen på ett utmärkt sätt, men den är mycket olik Newtons gravitationsteori. Det betyder inte att Newton hade fel, bara att det fanns begränsningar i giltigheten. Man använder t.ex. forfarande Newtons teori för att beräkna banor för rymdsonder.

I fysik använder man sig ofta av förenklade modeller som beskriver ett fysikaliskt fenomen med begränsade förutsättningar, se fråga 18296

. I kärnfysik betraktar man t.ex. ibland atomkärnan som en vätskedroppe och ibland som nukleoner som rör sig fritt i en potential (skalmodell). Modellerna är egentligen helt inkompatibla, men de är ändå av värde eftersom de båda "förklarar" olika egenskaper hos atomkärnor.

Begreppet "förklarar" i texten ovan får man tolka så att man kan beskriva ett fenomen på en djupare nivå. Låt oss ta solens rörelse. Den dagliga rörelsen från öster till väster förklaras av att jorden roterar kring sin axel.

Solen rör sig även lite från väster till öster i förhållande till de avlägsna stjärnorna. Detta förklaras av att jorden rör sig ett varv runt solen på ett år. För att få ett A måste vi även kunna beskriva att den årliga rörelsen beskrivs av Newtons gravitationslag.

Den "wobblande" rörelsen du talar om uppkommer eftersom två kroppar rör sig i elliptiska banor kring den gemensamma tyngdpunkten. Om mass-skillnaden mellan kropparna är stor ligger den gemensamma tyngdpunkten nära den tyngre kroppens centrum. Detta betyder att den tyngre kroppen rör sig mycket lite.

Ett annat exempel är solsystemets uppbyggnad. Vi kan observera att planeterna alla rör sig åt samma håll och i ett plan. Detta kan förklaras genom modellen att solsystemet bildats genom att ett gasmoln dras samman av gravitationen. Bevarande av rörelsemängdsmomentet (se fråga 12527

) ger då upphov till en roterande skiva av gas och stoft. Denna bildar sedan planeterna i ett plan och rörelse åt samma håll.

I fråga 16776

beskrivs solsystemets rörelse i vintergatan och universum.
/Peter E

Min bror Johan påstår att hans lärare "ljuger" när hon säger att energi inte kan skapas, han förstår att energi kan omvandlas från potentiell energi till t.ex kinetisk energi. Min bror menar på att all energi som finns måste ju kommit någonstans ifrån och därav "skapats" på något vänster. Han påstår också att gravitation är energi då gravitationen skapar energi. T.ex. månens dragningskraft gör att det blir låg och hög vatten. Vilken innebär att lägesenergi bildas, vilket kan omvandlas till t.ex kinetisk energi. Då gravitation inte ändrar på sig menar han på att det är en konstant kraft och därför bildas den här lägesenergin från ingenting.

Jag går själv naturvetenskapliga programmet och jag tycker att det låter logiskt, men varför har han inte rätt?

Svar:
Hej Simon och Johan! Ljuger är inget trevligt uttryck. Jag föredrar att säga att läraren har begränsat definitionen på "skapa". Detta är ofta problemet i fysiken att man använder sig av ord från vardagslivet som inte är väldefinierade i fysikalisk mening.

Om man betraktar en begränsad del av vår omgivning och säger att massa och energi är samma sak, så gäller energiprincipen. Energi kan då inte skapas eller förstöras, men man kan transformera en energiform till en annan.

Universum har enligt det teori vi har i dag skapats vid Big Bang. Det kan vara så att universums totala energi är noll, se fråga 13242

. Materian i universum skulle då skapas av den bindningsenergi som materian orsakar genom gravitationen - här har Johan helt rätt: bindningsenergi (till exempel genom gravitation) är frigjord potentiell energi. Det kan också vara så att energiprincipen inte gällde vid universums skapelse. Det vet vi helt enkelt inte!

Ursprunglig fråga:
Hej! hur har man kommit fram till att fotonens energi är W=hf, där h är planks konstant och f är frekvensen? finns det en svensk länk där man kan läsa om det i djupet tack!!
/Ali Z, malmö borgarskolan, malmö

E = hv (av konvention använder man oftast v [grekiska ny] för fotonens frekvens)

är ju så djupt rotad i den moderna fysiken att man kanske glömmer vad den kommer ifrån.

När det gäller fysikaliska samband uppkommer de typiskt på ett av två sätt:

2 ett antagande som leder till andra samband som kan verifieras experimentellt

När det gäller fotonens energi är det till att börja med fall 2: Max Planck (Max_Planck ) gjorde antagandet att energin var proportionell mot frevensen för att härleda ett fungerande uttryck för den den experimentellt observerade fördelningen hos temperaturstrålning (1900), se Plancks strålningslag , speciellt fråga 12397

och Planck's_law (den senare på engelska).

Bilden nedan från Wikimedia Commons Ultraviolet_catastrophe ) visar uppmätt temperaturstålning för tre olika temperaturer (nedre kurvorna). Den övre, svarta kurvan visar den klassiska förutsägelsen (Rayleigh–Jeans law). Som synes avviker den senare mycket från den observerade fördelningen, speciellt för korta våglängder.

Plancks uttryck representerade uppmätta data mycket bra även för korta våglängder. Plancks antagande att energin var given av strålningens frekvens var en avvikelse från den klassiska teorin där energin gavs av amplituden hos strålningen. Utan att veta det förebådade Planck den kommande kvantmekaniken.

Einstein var i sin artikel om fotoelektriska effekten (1905) mycket tydlig med kvantiseringen, och införde begreppet foton för en "ljus-partikel". I fråga 2931

visas data för fotoelektriska effekten som visar proportionaliteten mellan energi och frekvens.

Det mest direkta beviset kom genom Bohrs atommodell (1913). Man kunde bygga upp energidiagram där skillnaden i energin mellan två tillstånd var lika med energin hos fotonen som utsändes vid en övergång. Man kunde mäta våglängden och med hjälp av det generella sambandet mellan vågens utbredningshastighet c, våglängden l och frekvensen v

verifiera proportionaliteten mellan energi och frekvens. Senare infördes namnet Plancks konstant h för denna proportionalitetskonstant.

År 1923 verifierade Arthur Compton sambandet återigen genom sitt experiment att sprida fotoner på elektroner, se comptonspridning .

Länk 1 är en intressant artikel om Max Planck och länk 2 beskriver den historiska utvecklingen av atomteorin.

Svar:
Bra försök Ellen, men eftersom du älskar fysik så vill du väl skriva arbetet själv

! Jag kan bara ge dig några tips.

Wikipedia-artikeln History_of_physics är bra och har många länkar. Artikeln fysik i Nationlencyklopedin är också bra. Man får även anta att de upptäckter som betytt mest för samhället belönats med nobelpris i fysik. Så ett tips är att botanisera bland fysikprisen, se The Nobel Prize in Physics - Laureates . Speciellt för de senare priserna finns det mycket bra artiklar.

Fysiken som utvecklades i början av 1900-talet är grunden för all nutidsfysik. Det var Einsteins relativitetsteorier och kvantmekaniken. De upptäckter som påverkat samhället mest är nog fission (Nuclear_fission ), transistorn (Transistor , nobelpris 1956) och den integrerade kretsen (Integrated_circuit , nobelpris 2000). Upptäckterna bakom fysikprisen 2007 och 2009 har också betytt mycket för utvecklingen av datorer och kommunikation.
/Peter E

Men Fysik är mycket svårt och jag vill verkligen få ett bra betyg i Fysik A som jag läser nu.

Har ni några konkreta tips som skulle kunna hjälpa mig i kampen om att bli bra på Fysik och att få MVG/VG?
/Pelle S, S:t petri, Malmö

Trevligt att du tycker om fysik! Bara att du har en positiv attityd till fysikämnet är en god början! Fysik är egentligen inte svårt - problemet är nog att det omfattar så mycket. Det är många begrepp, definitioner och lagar man måste ta till sig, men man skall inte överdriva nyttan av att kunna en massa formler utantill - det är bättre att göra fomelsamlingen till sin vän.

Fysiken blir emellertid lättare med tiden - man börjar så småningom se att det finns ett mycket begränsat antal grundläggande lagar. Det är emellertid inte så lätt att tillämpa dessa eftersom fysikaliska system ofta är mycket komplexa. Man får då arbeta med förenklade fysikaliska modeller, se fysikalisk modell . Ofta kan man inte få fram en analytisk lösning (en enkel formel), utan man måste arbeta med parametriseringar och datorsimuleringar.

Ett problem som jag stöter på ofta är att man säger att fysik är svårt för att man inte kan "förklara" naturlagarna. Varför attraherar t.ex. två massor varandra. Vi kan beskriva fenomenet utmärkt med Newtons gravitationslag eller om vi så vill med Einsteins allmänna relativitetsteori, men i djupare mening begriper vi ingenting

, se fysik, förståelse av .

När man kommit förbi gymnasiefysiken (som måste försöka täcka det mesta av det viktigaste av den klassiska fysiken) är fysik mycket mer intressant. Dels har man olika inriktningar (t.ex. elementarpartikelfysik, atomfysik, kärnfysik, fasta tillståndets fysik) och dels kan man alltefter talang välja teoretisk inriktning, experimentell inriktning eller tillämpningar. De senare kan antingen vara andra naturvetenskaper (biologi, geologi etc) eller rent tekniska tillämpningar t.ex. att framställa miljövänliga lampor.

Det är ett problem med den traditionella fysikundervisningen att den oftast följer den historiska utvecklingen. Det betyder att i början får man bara studera klassisk fysik, t.ex. mekanik och ellära. Detta upplevs av många som tråkigt, så fysiken får ett oförtjänt dåligt rykte. Det vore bättre om man på ett tidigt stadium kunde blanda in nutida fysik (se fråga 14232

för definitioner av begreppen).

Man måste vänja sig vid att fysik är något annat än matematik. I matematik utgår man från ett antal axiom och bygger en struktur från dessa. I fysik utgår man från resultatet av experiment och observationer och försöker se samband, ofta med användning av matematik (delar av matematiken har faktiskt utvecklats för att lösa fysikaliska problem) och förenklade modeller. För mig är just förmågan att modellera komplicerade system en typisk egenskap en bra fysiker skall ha.

Det är svårt att ge konkreta råd vad du skall göra för att få bra betyg, men om du klarar matematik och kemi så borde det inte vara något problem. I övrigt tycker jag du skall välja en del av fysiken för specialstudier, men samtidigt läsa populärvetenskapliga böcker och artiklar om all naturvetenskap. Forskning i dag är ofta gränsöverskridande, alltså forskning som involverar mer än ett klassiskt ämne. Lycka till i dina studier!
/Peter E

Det verkar ju som om universum startade med ett utbrott av energi, därav sedan massa, rum och tid utvecklades. Vad hade hänt om det saknats överskott av materia... efter annihilationen mellan m. och antim.

Hade ändå rummet kunnat bildats, och expanderat... kanske på ett inflations-likt sätt med bara vacuumenergi som driver?
/Bengt B, Lindholmen, Göteborg

Svar:
Bengt! Greens böcker är mycket facinerande men inte helt lättillgängliga! Frågorna du ställer har i dag inget bestämt svar. Vad som hände före Big Bang, hur universum utanför det synliga ser ut och hur universum utvecklats om naturlagarna vore lite annorlunda är kul att spekulera om, men eftersom vi aldrig kan få ett defintivt svar får man klassificera funderingarna som filosofi och inte fysik - fysik är att beskriva saker vi kan observera.

Att vakuum har energi och därmed massa är helt säkert, se Vacuum_energy , så i den meningen är svaret på din fråga nej. Det finns många andra olösta problem i fysiken, se artikeln Unsolved_problems_in_physics - ett trevligt avbrott i julfirandet.
/Peter E

Ursprunglig fråga:
Jag har hört att fysiken är den egentliga naturvetenskapen och all naturvetenskap egentligen är fysik. Kemi och bilogi skulle alltså vara delar av fysiken. Min lärare säger att det är ur fysiken som kemin kom och ur kemin kom biologin? Vad menas med detta? jag förstår inte riktigt vad min lärare menar när hon säger detta och hon vill inte förklara det mer ingående. mycket tacksam för svar
/Anna L, Gränbyskolan, Uppsala

Att definiera fysik är inte lätt - definitionen beror på sammanhanget. Om man t.ex. menar skolämnet fysik så är det emellertid lätt: fysik är det som ingår i kursplanen för fysikämnet. Om man menar forskningsämnet fysik är det de områden man forskar om på fysiska institutioner vid universiteten. Den preliminära kursplanen för fysik i det nya gymnasiet GY-07 inleds med följande tre stycken:

En alternativ definition är: fysik är den vetenskap som beskriver materia, energi och krafter. Då fysiken är en vetenskap tillämpas den vetenskapliga metoden (se vetenskaplig metod ), med uppställande av hypoteser som antingen förkastas eller antas på grundval av experiment och observationer.

Man skiljer även på klassisk fysik (allt före 1900, t.ex. mekanik, elektromagnetism) och modern fysik (t.ex. relativitetsteori, kvantmekanik, elementarpartikelfysik). Sedan har man även grundläggande fysik (forskning inom fysik som motiveras av vår vilja att förstå naturen) och tillämpad fysik (tekniska, medicinska, mm tillämpningar av fysik).

Eftersom modern fysik omfattar vetande från i stort sett hela 1900-talet, kan det vara på sin plats att använda begreppet nutida fysik som skulle innefatta partikelfysik (standardmodellen ), kosmologi (big bang ), plasmafysik och fusion (fusion ) och kärnfysik, se länk 1 för detaljer om Contemporary Physics Education Project (CPEP).

Historiskt var det så att fysik var all naturvetenskap. Efter hand som kunskapen ökade, hade man behov av specialisering. Efter hand frigjordes biologi, geologi, kemi, m.fl. och blev egna ämnen. Vad din lärare antagligen menar är att t.ex. biologin bestäms helt och hållet av arvet genom DNA-molekylen. De lagar som styr DNAs egenskaper är fysik (kvantmekanik). DNA-molekylernas egenskaper är emellertid så komplicerade att vi inte kommer särskilt långt i förståelsen med kvantmekanik. Man måsta använda andra metoder för att komma framåt, och då är det praktiskt att ge ämnet en egen beteckning.

Historiskt har biologin utvecklats helt oberoende av fysiken: man studerade och klassificerade organismer (Linné, 1700-talet), och efter hand förstod man arv och utveckling (Mendel, Darwin, 1800-talet) och DNA upptäcktes (Watson, Crick, Wilkins och Rosalind Franklin, 1950-talet, se länk 2). Det var egentligen först då kopplingen till fysik återuppstod i form av t.ex. biofysik. Se vidare fråga 13720

Även det vi i dag kallar fysik har delats upp i separata ämnen: i början av 1900-talet kallades allt som hade att göra med atomer för atomfysik. Efter hand som kunskaperna ökade frigjordes kärnfysik (som beskrev atomkärnan, atomfysik beskrev bara elektronerna kring kärnan). Efter 1950 frigjordes sedan elementarpartikelfysiken från kärnfysik och blev ett eget ämne som behandlar elementarpartiklar och deras växelverkningar.

För att visa hur krånglig och godtycklig uppdelningen är kan jag säga att delar av kärnfysik i USA klassificeras som kemi (Nuclear Chemistry).

Mer om vad fysik är och vad det är bra för finns under nedanstående länkar och här: fysik, nytta med . Jag beklagar om svaret inte är lätt att förstå, det går nog tyvärr inte att förklara det enklare.

Svar:
Under de senaste dagarna har det kommit in en massa frågor som inte har det minsta med fysik att göra eller som är uppenbart omöjliga att svara på (se ovan

). Nationellt resurscentrum för fysik lägger en hel del pengar på att driva frågelådan eftersom vi tror att den fyller ett behov. Jag vill därför vädja till alla att innan ni ställer en fråga fundera på om frågelådan är det bästa sättet att hitta ett svar. Att sortera bort nonsensfrågor och frågor som ligger utanför fysik tar tid som bättre kunde användas att besvara riktiga frågor om fysik.

Mer om vilken typ av frågor vi kan besvara finns i instruktionerna (länk 1) och i några andra svar med nyckelordet frågelådan (nedan).

Jag är mycket medveten om att gränsdragningen mellan 'fysik' och 'inte fysik' inte är lätt, speciellt före gymnasiet och högskolan där man kan dra gränsen vid vad som ingår i fysikämnet.

Enligt Carl Nordlings artikel i Nationalencyklopedin är fysik ursprungligen benämningen på all naturvetenskap. När kemin, biologin och geovetenskaperna sedermera avskildes som separata vetenskaper blev fysiken den vetenskap som studerar materiens struktur på grundläggande nivå och dess uppträdande under skilda betingelser. Genom den nära relation som finns mellan materia och energi kan fysik också sägas vara läran om energin, dess olika former och omvandlingar från en form till en annan. Härigenom inbegrips i fysiken även strålningsfenomenen, både partikelstrålning och elektromagnetisk strålning. Slutligen kan fysiken sägas vara den vetenskap som studerar de krafter och kraftfält som förmedlar sambandet mellan materia och energi.

Man skulle alltså kunna säga att fysik är all kunskap om naturen utom den som hänföres till en annan naturvetenskap. Atomer, atomkärnor och elementarpartiklar är alltså fysik, medan ansamlingar av atomer kan vara kemi (molekyler), biokemi (stora molekyler som bygger upp liv), biologi (katter och äppelträd), geofysik (jorden) eller astronomi (planeter, stjärnor). Vad alla dessa vetenskaper har gemensamt är dels att de använder sig av vad vi kallar vetenskaplig metod , och dels att de bygger på grunden av kunskap om energi, materia och krafter, dvs fysik. Fysikens fundamentala betydelse för andra vetenskaper visas även i nya naturvetenskapliga forskningsämnen: biofysik, fysikalisk kemi, kemisk fysik, geofysik, astrofysik, etc.

Engelska Wikipedia har en mycket innehållsrik och bra artikel om fysik: Physics . Motsvarande svenska artikel Fysik är lite mindre omfattande men bra.

I själva verket är morrhåren nyttiga för katten som mycket känsliga sensorer. Många djur som har morrhår är ju nattaktiva. Se vidare Vibrissa . Bilden nedan är från Wikimedia Commons.

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord:	(Enda villkor)
Definition:	(Enda villkor)

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.