Natuurkunde
De natuurkunde is de wetenschap van de materie. Ook wordt wel gezegd dat natuurkunde de niet-levende natuur bestudeert. De levende natuur wordt bestudeerd door de biologie (een verwarrende maar inmiddels weinig meer gebruikte term voor biologie was kennis der natuur)
| Table of contents |
|
2 Vakgebieden 3 Toepassingen |
Afbakening van het vakgebied
De natuurkunde is een exacte wetenschap.
Natuurkundigen bestuderen het gedrag en de interactie van materie in ruimte en tijd. Het woord materie moet breed worden opgevat. Het kan gaan om massa op macroscopische schaal, maar ook om bijvoorbeeld straling of individuele elementaire deeltjes en hun interacties. De natuurkundige bestudeert de eigenschappen van de elementen en verbindingen, zoals bijvoorbeeld faseovergangen, kristalstructuur, viscositeit, en warmtegeleiding, en probeert het hoe en waarom van deze eigenschappen te verklaren.
Er zijn veel raakvlakken met de meeste andere exacte wetenschappen:
- De scheikunde, waar juist gekeken wordt naar reacties tussen verschillende stoffen (fysische chemie)
- De biologie, die zich voornamelijk bezighoudt met de levende materie (biofysica)
- Aardwetenschappen (geofysica, sterrenkunde)
Vakgebieden
Oorspronkelijk was de natuurkunde een ongedeeld vakgebied. De geniale Isaac Newton hield zich bezig met de zwaartekracht die een appel op de grond laat vallen. Maar ook bedacht hij dat diezelfde zwaartekracht zorgt voor de wederzijdse aantrekking van de aarde en de maan. Hij bestudeerde tegelijkertijd het licht en ontdekte dat wit licht in vele kleuren uiteenvalt als het door een prisma gebroken wordt.
Tegenwoordig is de natuurkunde echter zo complex geworden dat ze in talloze onderdelen uiteenvalt, hoewel er nog steeds jaarlijks een Nobelprijs voor de Natuurkunde wordt uitgereikt. Veel natuurkundige vakgebieden zijn al zo sterk uitgewerkt dat fundamenteel onderzoek vrijwel niet meer gedaan wordt. Zo'n vakgebied, bijvoorbeeld de optica, vindt vooral veel toepassingen in de techniek. Dit laat tegelijk zien hoeveel nut het heeft om natuurkundig onderzoek te doen. Andere vakgebieden van de natuurkunde zijn nog volop in beweging.
Een lijst van vakgebieden die nog veel in beweging zijn:
- Astrofysica, astronomie en kosmologie - de natuurkunde van de sterren en het heelal. Om astrofysisch onderzoek te doen wordt onder andere de Space shuttle gebruikt. Ook vanaf aarde wordt onderzoek gedaan naar de nabije sterren in de melkweg, kometen, de planeten van ons zonnestelsel en zo meer. Verder gelegen objecten worden bijvoorbeeld onderzocht met een radiotelescoop. Zo verkrijgen we steeds meer kennis over de ruimte om ons heen, die vol zit met bijzondere verschijnselen, zoals zwarte gaten, nevels en gaswolken. De relativiteitstheorie van Einstein wordt telkens weer door dit soort onderzoek bevestigd.
- Atoomfysica - de natuurkunde van de elementaire deeltjes waaruit een atoom en de atoomkern bestaat. Dat zijn niet alleen protonen, neutronen en elektronen, maar ook vele andere kleine deeltjes zoals het positron. Protonen en neutronen bestaan op hun beurt uit quarks Sommige van die deeltjes leven zeer kort en hebben een korte halveringstijd. De atoomfysica heeft onder andere geleid tot de uitvinding van de atoombom, maar ook tot de ontdekking van de Röntgenstraling.
- Vastestoffysica - de natuurkunde van de vaste stoffen. Dit vak kent weer vele deelgebieden, zoals materiaalkunde, magnetisme en supergeleiding.
- Plasmafysica - waarin onderzoek wordt gedaan naar kernfusieprocessen zoals die in de zon optreden. Het doel van de plasmafysica is om ooit schone kernfusie te ontwikkelen.
- Kwantummechanica - Het onderzoek naar de bijzondere eigenschappen van kleine deeltjes en hoe die elkaar beinvloeden. De deeltjes blijken spin te bezitten en men maakt onderscheid tussen fermionen en bosonen, die door hun spin geheel andere eigenschappen hebben. Het vakgebied waaraan het onderzoek begon in het begin van de 19e eeuw door Max Planck en Niels Bohr is nog steeds volop in beweging.
- Snarentheorie en M-theorie: een nieuwe theorie die de vier krachten tracht te verklaren met een universele theorie.
- Mechanica - Het gedrag van deeltjes tijdens botsingen. Hoe dat gedrag afhangt van hun massa, snelheid en impuls. De behoudswetten die daarbij gelden. Hoe de wrijving alles beinvloedt.
- Optica - Het gedrag van licht als vorm van elektromagnetische straling, van fotonen die met de lichtsnelheid reizen en zich soms als een deeltje, maar soms ook als een golf gedragen. Instrumenten die in de optica worden gebruikt zijn de lens, het prisma en de tralie
- Thermodynamica - sterk verbonden met de fysische chemie doet onderzoek aan temperatuur en druk van gassen en vloeistoffen, maar ook bij fase overgangen, zoals het smelten van ijs naar water, waarbij smeltwarmte vrijkomt.
- Aerodynamica - het onderzoek aan stroming van gassen en vloeistoffen dat zo'n grote rol heeft gespeeld in de ontwikkeling van de luchtvaart. Nog steeds is nog niet alles bekend wat er gebeurt met turbulentie en bij supersonische snelheid.
- Akoestiek - de studie van geluid.
- Meteorologie - de studie aan de atmosfeer en de natuurkundige verschijnselen die zich daarin afspelen.
- Geofysica - de studie van de natuurkundige verschijnselen die zich voordoen in de aardkorst.
- Elektriciteitsleer - Studie van verschijnselen die te maken hebben met verplaatsing van elektrische lading, elektrische stroom, onder invloed van spanning door bijvoorbeeld een weerstand. Ook een begrip als zelfinductie komt uit de elektriciteitsleer (zie ook elektrotechniek, elektronica)
- Metrologie Het met grote nauwkeurigheid vaststellen van natuurkundige constanten.
