نویسنده : امیر انصاری

• فیزیک مطالعه روابط بین ماده و انرژی است. به عنوان یک فرآیند علمی، فیزیک به ما کمک می کند تا برای چیزهایی که مشاهده می کنیم توضیحاتی ارائه دهیم. فیزیکدانان پدیده هایی از ذرات زیر اتمی گرفته تا اتفاقات روزمره و رویدادهای نجومی را بررسی می کنند.
  
• مانند همه علوم، فیزیک:
  
  1. جستجو برای درک از طریق تحقیق؛
     
  2. فرآیند تبدیل این درک به قوانین قابل اجرا برای طیف وسیعی از پدیده ها؛ و
     
  3. وسیله ای برای آزمایش آن قوانین از طریق آزمایش می باشد.
     
• جنبه های فیزیک در طیف وسیعی از مشاغل یافت می شود. موقعیت‌های تحقیقاتی مهندسی و دانشگاهی ممکن است اولین موردی باشد که به ذهن می‌رسد، اما حرفه‌های پزشکی و فناوری، روزنامه‌نگاری علمی و علوم کامپیوتر رشته‌هایی هستند که ممکن است به پیشینه فیزیک نیاز داشته باشند.
  
• تئوری (نظریه) مجموعه ای از ایده ها است که برای توصیف و پیش بینی یک پدیده طبیعی خاص با یکدیگر هماهنگ می شوند. نظریه‌های جدید اغلب از دل نظریه‌های قدیمی بیرون می‌آیند و راه‌های تازه و گاهی رادیکالی را برای نگاه کردن به جهان ارائه می‌کنند. ارزش یک نظریه با توانایی آن در پیش بینی دقیق گسترده ترین طیف پدیده ها تعیین می شود.
  
• مدل، نمایش یک نظریه است. مدل ها ممکن است اشکال مختلفی داشته باشند، از جمله فرمول های ریاضی، طرح ها، و شبیه سازی های فیزیکی یا کامپیوتری.
  
• مشاهده اطلاعاتی است که با استفاده از یک یا چند حواس از حواس پنج گانه جمع آوری می شود. مدل ها و نظریه ها سعی در پیش بینی مشاهدات دارند.
  
• تغییرات در علم و فناوری می تواند تأثیرات زیادی بر جامعه ما و محیط جهانی داشته باشد. داشتن درک فیزیک می تواند به شما کمک کند برخی از خطرات مرتبط با آن تغییرات را ارزیابی کنید و در نتیجه به هدایت فرآیند تصمیم گیری شما کمک کند. از آنجایی که بیشتر مشکلات دنیای واقعی شامل مولفه های اقتصادی، سیاسی و اجتماعی است، استفاده از دانش علمی در مورد مسائل می تواند به شما کمک کند واقعیت را از داستان جدا کنید.
  
• مهارت حل مسئله یک فرآیند فکری است که مختص هر یک از ما و در هر مشکلی است. چندین تکنیک حل مسئله در این فصل مدل‌سازی شده‌اند، که هر کدام تفکر مفهومی درگیر در چارچوب‌بندی پارامترهایی را نشان می‌دهند که راه‌حل باید در آن قرار بگیرد.
  
• طراحی آزمایشی مستلزم درک روشنی از فرضیه ای است که باید آزمایش شود. هر زمان که آزمایش‌های خود را طراحی می‌کنید، چالش شما این است که اطمینان حاصل کنید که در هر زمان فقط یک متغیر در حال آزمایش باشد. تعداد آزمایش هایی که اجرا می کنید به نتایج بستگی دارد. زمانی که روند واضحی در داده ها وجود داشته باشد، آزمایشات کافی انجام شده است. اگر در طول تجزیه و تحلیل شما، روند واضحی مشهود نباشد، باید داده های بیشتری جمع آوری شود. برای کمک به تجزیه و تحلیل داده ها به مجموعه مهارت ها در انتهای این کتاب درسی مراجعه کنید.
  

دانش و درک

1. توضیح دهید که چگونه فناوری نانو محصول تحقیقات علمی و فناوری است.
   
2. به طور کلی عوامل دخیل در مطالعه فیزیک را شرح دهید.
   
3. توضیح دهید که چگونه می توان از فعالیت جعبه سیاه برای توضیح فرآیند تحقیق علمی استفاده کرد.
   
4. یک تعریف از تحقیق علمی بیان کنید.
   
5. چه کسی اولین بار مفهوم نانوتکنولوژی را مورد بحث قرار داد؟
   
6. چه مشاهداتی باعث شد که ارسطو تصور کند که سیارات و ماه از موادی متفاوت از زمین ساخته شده اند؟
   
7. چرا گالیله توانست کوه ها و دهانه های روی ماه و چهار قمر را که به دور مشتری می چرخند، مشاهده کند؟
   

تحقیق

8. هنگام رصد ستارگان با دوستان، نور عجیبی را در آسمان مشاهده می کنید. فهرست مشاهدات زیر اطلاعات جمع آوری شده توسط شما و دوستانتان را شرح می دهد.
   
   • نوری از بالای تپه ای دور در شرق به سمت برج تلویزیون در سمت غرب حرکت کرد.
     
   • همانطور که نور حرکت می کرد، به نظر می رسید که بالای زمین معلق است.
     
   • همانطور که از شرق به غرب حرکت می کرد، واقعاً روشن شد و سپس دوباره محو شد.
     
   • حدود \(3.0\) ثانیه طول کشید تا این نور از بالای تپه به برج تلویزیون برسد.
     
   • بالای تپه حدود \(15\) کیلومتر با برج تلویزیون فاصله دارد.
     
   • این نور با سرعت ثابتی از نقطه ای به نقطۀ دیگر حرکت می کرد و سپس فورا متوقف می شد.
     
   منبع این نور چه بوده است؟ با استفاده از دو روش مختلف، این مسئله را چارچوب بندی کنید. داده‌های ارائه‌شده را ترکیب کنید و هر پارامتر دیگری را که احساس می‌کنید با آن مرتبط است، درج کنید. توجه داشته باشید که شما نیازی به رسیدن به پاسخ ندارید.
   

ارتباطات

9. تحقیق علمی را تعریف کنید.
   
10. دو سوال خاص را ایجاد کنید که دوست دارید در طول این دوره فیزیک به آنها پاسخ دهید. متن را ورق بزنید تا مشخص سازید کدام بخش ممکن است حاوی پاسخ سؤالات شما باشد.
    
11. به طور خلاصه هدف یک نظریه، یک مدل و یک مشاهده را شرح دهید.
    
12. توضیح دهید که فیزیک چگونه تکامل یافته است و چگونه همچنان به تکامل خود ادامه می دهد.
    
13. به جدول \(\text{1.1}\) مراجعه کنید. یک نوع فعالیت (به عنوان مثال، آزمون، آزمایشگاه، ارائه، بحث) ارائه دهید که به بهترین وجه به شما امکان می دهد نقاط قوت خود را در هر دسته (دانش و درک، تحقیق، ارتباط، و ایجاد ارتباط) نشان دهید.
    

ایجاد ارتباطات

14. آیا نظریه یا مدلی علمی وجود دارد که فکر می کنید در نهایت نادرستی آن ثابت می شود؟ توضیح دهید.
    
15. "چالش اوج" (Culminating Challenge)، که در صفحه \(756\) موجود است را بخوانید. فهرستی از موضوعاتی که فکر می کنید به عنوان یک مطالعه مستقل برای این فعالیت مناسب است، ایجاد کنید.
    

مسائلی برای درک

16. دانش آموزی آزمایشی را برای تعیین چگالی یک ماده ناشناخته انجام می دهد. از داده های جمع آوری شده از هر دو آزمایش زیر برای محاسبه درصد اختلاف در اندازه گیری های چگالی استفاده کنید.
    
    • آزمایش 1: \(19.6 \text{ g} / \text{mL}\)
      
    • آزمایش 2: \(19.1 \text{ g} / \text{mL}\)
      
17. دانش آموزی تصمیم می گیرد شتاب گرانشی نظری \((\text{g} = 9.808 \text{ m}/\text{s}^2)\) را با داده های تجربی در محل خود که با استفاده از تجهیزات بسیار حساس جمع آوری می کند، مقایسه کند. او \(15\) آزمایش انجام داد و میانگین نتایج آن منجر به یافتن \(\text{g} = 9.811 \text{ m}/\text{s}^2\) شد.
    
    1. درصد انحراف در محاسبات او را محاسبه کنید.
       
    2. آیا این درصد انحراف منطقی است؟ توضیح دهید.
       
18. داده های زیر در طی یک آزمایش جمع آوری شده اند.
    
    Trial: آزمایش
    Frequency: فرکانس (بسامد)
    
    برای محاسبات زیر به مجموعه مهارت \(4\) در انتهای کتاب مراجعه کنید:
    
    1. میانگین این داده ها را پیدا کنید.
       
    2. میانۀ این داده ها را پیدا کنید.
       
    3. مد (mode) این داده ها را بیابید.