Thứ Nguyên Là Gì

Vật lý học – với tên gốc xuất phát từ tiếng hy lạp “physis” nghĩa là tự nhiên - là ngành khoa học tự nhiên nghiên cứu về các tính chất tổng quát của vật chất, những qui luật vận động phổ biến của vật chất trên các lĩnh vực cơ học, nhiệt học, điện từ học, quang học và cấu trúc phân tử, nguyên tử.

Cơ học là một lĩnh vực đóng vai trò then chốt trong vật lý học đi sâu nghiên cứu về chuyển động của các vật thể tứv là sự thay đổi vị trí của vật trong không gian theo thời gian.

*
*
ARCHIMEDES GALILEO

Theo lịch sử phát triển, cơ học có thể chia thành 3 lĩnh vực có liên quan trực tiếp đến kích thước của đối tượng nghiên cứu:

a) Cơ học cổ điển: do Newton xây dựng qua công trình “Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên” (1687) trên cơ sở đúc kết những kết quả đáng kể của nhiều nhà vật lý trước đó như Galileo, Leibnitz, Huygens, Kepler vv… đã tạo nên một bức tranh biện chứng khá hoàn chỉnh về các hiện tượng cơ học cho các vật thể thông thường quan sát được - thế giới vĩ mô.

*
*

NEWTON“Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên”

b) Cơ học tương đối: do Einstein xây dựng trên cơ sở lý thuyết tương đối hẹp (1905) và lý thuyết tương đối rộng (1916) đã đưa ra những quan niệm mới về quan hệ giữa sự tồn tại của vật chất và khái niệm thời gian – không gian, về bản chất của khái niệm quán tính và mối liên hệ hữu cơ giữa cơ học và hình học.

Bạn đang xem: Thứ nguyên là gì

*
*

EINSTEIN

c) Cơ học lượng tử: lý thuyết được đề xuất trong nửa đầu thế kỷ XX mang tính cách mạng giải quyết những quy luật vật lý ở phạm vi kích thước nguyên tử - thế giới vi mô – trên cơ sở đưa ra khái niệm tính gián đoạn của các đại lượng vật lý.

*
*
*

Đại diện của Cơ học lượng tử: SOMMERFELD, BOHR, DIRAC, HEISENBERG

Về nội dung, cơ học thường được chia thành: động học và động lực học. Động học nghiên cứu các đặc trưng của chuyển động mà không quan tâm đến nguyên nhân gây ra chuyển động. Động lực học nghiên cứu về mối quan hệ giữa chuyển động và lực – là tác nhân gây ra chuyển động; và tĩnh học, một bộ phận mật thiết của động lực học, quan tâm đến các trạng thái cân bằng lực. Ngoài ra, người ta còn có thể phân loại cơ học tuỳ theo đối tượng nghiên cứu (cơ học chất điểm, cơ học vật rắn, cơ học chất lưu, cơ học môi trường liên tục…), tuỳ theo phương pháp nghiên cứu (cơ học lý thuyết, cơ học ứng dụng, cơ học tính toán…) hoặc theo những chủ đích khác.

2. Phương pháp nghiên cứu Vật lý

Phương pháp nghiên cứu cơ bản của vật lý là thực nghiệm quy nạp (induction) và được tiến hành qua 3 bước:

1) Quan sát hiện tượng, kết hợp thí nghiệm để khảo sát hiện tượng.

2) Ðưa ra lý luận hoặc giả thuyết để giải thích các hiện tượng đã quan sát được.

3) Dùng thí nghiệm để kiểm chứng sự đúng đắn của lý thuyết bằng các số liệu đo đạc chính xác. Nếu kết quả sai với thực tế thì phải làm lại từ đầu.

*

Tuy nhiên từ đầu thế kỷ XX, khi vấn đề quan sát thực nghiệm không còn là dễ dàng trong nhiều lĩnh vực vật lý, phương pháp nghiên cứu có phần thay đổi theo hướng diễn dịch (deduction - gần giống phương pháp suy luận toán học) và đó là phương pháp xuyên suốt trong các mảng vật lý hiện đại.

Xem thêm: Cpa Là Gì? Học Cpa Ở Đâu ? Những Thông Tin Cần Biết Về Chứng Chỉ Cpa

*

3. Ðo lường vật lý

Vật lý là một khoa học thực nghiệm cho nên hầu hết các định luật, các thuyết vật lý đều phải được xây dựng từ trên cơ sở những kết quả đo đạc thực nghiệm được định lượng một cách chuẩn xác và hợp lý theo bản chất vật lý của đối tượng. Cho nên việc đo lường các đại lượng vật lý là một lĩnh vực quan trọng không thể thiếu được trong nghiên cứu vật lý,

Ðo lường một vật là so sánh vật cần đo với một vật chuẩn gọi là đơn vị. Khi cần đo độ dài của một cái bàn, ta so sánh nó với độ dài cây thước được quy ước là một mét, nếu nó gấp 2,5 lần độ dài cây thước, ta nói, độ dài cái bàn là 2,5m. Trong thực tế, đại lượng vật lý nào dùng phương pháp so sánh để đo được kết quả người ta gọi chúng là đại lượng đo trực tiếp. Chiều dài, khối lượng, thời gian là các đại lượng đo trực tiếp. Ðại đa số các đại lượng vật lý khác nhu khối lượng riêng, gia tốc, xung lượng thì không thể đo trực tiếp được, mà phải thông qua tính toán, chúng được gọi chung là các đại lượng đo gián tiếp.

4. Ðơn vị đo

Thực ra mỗi đại lượng vật lý đều phải có đơn vị đo riêng nhưng vì có một số đại lượng vật lý không thể đo trực tiếp, vả lại các đại lượng vật lý đều liên hệ với nhau qua các công thức, định luật vật lý, nên người ta chỉ chọn một số đơn vị đo trực tiếp mang tính phổ biến và thông dụng làm đơn vị cơ bản để xây dựng các đơn vị đo đạc các đại lượng vật lý khác. Ví dụ như đơn vị đo gia tốc là m/s2, đơn vị đo khối lượng riêng là kg/m3. Ðó là các đơn vị dẫn xuất. Ðơn vị dẫn xuất là đơn vị được suy ra từ đơn vị cơ bản qua các công thức của định luật hoặc định lý.

Vì mỗi nước dùng những đơn vị đo khác nhau gây khó khăn cho việc trao đổi những thông tin khoa học nên từ năm 1960, các nhà khoa học đã thống nhất sử dụng một hệ thống đơn vị đo lường cơ bản, viết tắt là SI (Systeme International). Ðây là một hệ thống đơn vị đo lường quốc tế hợp pháp ở đa số các nước trên thế giới hiện nay.

Hệ SI bao gồm 7 đơn vị đo cơ bản là:

Đại lượng

Đơn vị Ký hiệu
Ðộ dài L (Length) mét m
Thời gian t (Time) giây s
Khối lượng M (Mass) kilogam kg
Nhiệt độ T độ Kelvin K
Cường độ dòng điện I ampère A
Đơn vị phân tử mol mol
Độ sáng I0 candela cd

Trong cơ học người ta chỉ lưu ý đến 3 đơn vị: độ dài (L), khối lượng (M) và thời gian (T).

Ðể biểu diễn đơn vị dẫn xuất thông qua đơn vị cơ bản người ta dùng một công thức chung gọi là công thức thứ nguyên có dạng như sau:

= pqr

trong đó p, q, r là các số nguyên; là ký hiệu thứ nguyên của đại lượng vật lý X.

Thí dụ:

Đại lượng

Đơn vị Thứ nguyên

Ký hiệu (Tên gọi) Biểu thức
Vận tốc m/s m/s = -1
Lực N (Newton) kg.m/s2 = -2
Năng lượng J (Joule) kg.m2/s2 = 2-2

Công thức thứ nguyên được dùng để kiểm tra sự chính xác của các công thức vật lý.

Một số lưu ý:

1) Các đại lượng dùng trong vật lý có một số thuộc các đại lượng vô hướng còn đa số là những đại lượng véctơ. Đại lượng vô hướng chỉ có đặc trưng về độ lớn; còn đại lượng véctơ, ngoài độ lớn, còn có đặc trưng về phương và chiều.

2) Trong khi tính toán, hoặc ghi các kết quả thực nghiệm chúng ta nên biểu diễn các số dưới dạng tích với số mũ của 10. Những số có quá nhiều số hạng thì làm tròn số để việc tính toán không phức tạp. Việc làm tròn đến chữ số nào tùy thuộc vào điều kiện cụ thể.

Ví dụ: 0,0034g nên viết là 34.10-4 g = 34.10-7 kg.

0,000 345 892 65 có thể làm tròn thành 3459.10-7.

Bảng 1.1 Ký hiệu bội số và ước số của đơn vị đo

Số mũ

Cách đọc Ký hiệu Số mũ Cách đọc Ký hiệu
1018 Exa E- 10 -1 Deci d-
1015 Penta P- 10 -2 Centi c-
1012 Tera T- 10 -3 Milli m-
109 Giga G- 10 -6 Micro m-
106 Mega M- 10 -9 Nano n-
103 Kilo k- 10 -12 Pico p-
102 Hecto h- 10 -15 Femto f-
101 Deca da- 10 -18 Atto a-

II. CÁC ÐƠN VỊ ÐO DÙNG CHO CƠ HỌC

1. Ðộ dài

Ðơn vị cơ bản là mét. Mét được định nghĩa là một độ dài bằng chiều dài quãng đường mà ánh sáng đi qua chân không trong 1/ 299792458 giây.

Bảng 1.2 Các đơn vị đo độ dài khác tính bằng mét.

Tên

Ký hiệu Tính bằng mét
Inch in 2,54 x 10 -2
Feet ft 30,48 x 10 -2
Dặm mi 1609
Hải lý 1850
Yard Yd 0,9144
Ăngstrong Ao 10 -10
1 năm ánh sáng Light year 9, 461 x 10 15
Ðơn vị thiên văn Ae 1,49 x 10 1

Bảng 1.3 Ý nghĩa của một số độ dài.

Ðộ dài (m)

Ý nghĩa
10 -17 Trình bày sự giới hạn của các thí nghiệm vế cấu trúc hạt nhân
10 -15 Bán kính của proton
10 -10 Bán kính của nguyên tử.
10 -8 Ðộ dài của ribosome
10-6 Bước sóng của ánh sáng thấy được.
10 7 Bán kính trái đất.
10 11 Bán kính của quỹ đạo trái đất.
10 16 Một năm ánh sáng.
10 22 Khoảng cách đến thiên hà gần nhất.
10 26 Bán kính của cấp vũ trụ.

2. Khối lượng

Ðơn vị cơ bản là Kg; Kg là khối lượng một vật chuẩn bằng Platin-Iridi được giữ tại phòng cân đo quốc tế Sèvres gần Paris. Khối lượng 1Kg gần bằng khối lượng của 1000 cm3 nước nguyên chất ở nhiệt độ 4oC.

Bảng 1.4 Một số đơn vị khối lượng tính bằng kg

Các đơn vị khác

Qui theo kg
Slug 14,59
Pound 0,454
Tạ 10 2
Tấn 10 3
u (đơn vị khối lượng nguyên tử ) 1,66057 x 10 -27
Cara (đo khối lượng đá quí) 2 x 10 -4

Bảng 1.5 Ý nghĩa của một số khối lượng.

Khối lượng (Kg)

Ý nghĩa
10 -30 Khối lượng của electron
10 -21 Khối lượng của ribosome.
10 -15 Khối lượng của vi khuẩn.
10 25 Khối lượng của Trái Ðất. (5,98 x 10 24)
10 30 Khối lượng của Mặt trời. (1,99 x 10 30)
10 41 Khối lượng Thiên hà của chúng ta.
10 52 Khối lượng của vũ trụ.
3. Thời gian

Thời gian đo bằng giây. Giây được định nghĩa là khoảng thời gian bằng tổng của 9192631770 chu kỳ bức xạ ứng với sự chuyển giữa hai mức trạng thái cơ bản siêu tinh tế của nguyên tử Cesi-133.

Bảng 1.6 Ý nghĩa của một số độ dài thời gian.