In natura au loc neincetat numeroase si diverse fenomene. In intelesul cel mai general,
fenomenul este o manifestare exterioara a esentei unui obiect (sistem), a unui proces etc. care este
accesibila in mod nemijlocit. In limbajul curent, fenomenul inseamna o transformare, o evolutie,
un proces sau un efect etc., din natura sau din societate.
Din punctul de vedere al esentei sistemului (obiectului) analizat, dintre numeroasele
fenomene existente in mod natural, in concordanta cu tematica acestui manual sunt numai
fenomenele fizicochimice. Fenomenele fizicochimice reprezinta multimea ordonata a starilor pe
care le are un sistem fizicochimic in momentele succesive ale unui interval de timp. Rezulta din
aceasta sumara definitie, ca fenomenele depind de natura starilor sistemului, de localizarea lor
spatiala (topologica) si temporala.
Dupa natura starilor considerate, se deosebesc fenomene fizice si fenomene chimice, iar
dupa natura marimilor prin care se considera determinate aceste stari, se deosebesc fenomene
mecanice (in partial acustice), fenomene de gravitatie, fenomene termice, fenomene electrice si
magnetice (in particular optice), fenomene electrono-pozitronice, mesonice etc.
Din punctul de vedere al localizarii spatiale, fenomenele pot fi globale (relative la un
- intreg- sistem / obiect, in particular un corp) sau locale (relative la un punct al sistemului analizat,
raportat la un anumit sistem de referinta). Din punctul de vedere temporal, fenomenele pot fi
statice, stationare si variabile, iar in functie de stabilitatea lor temporala, fenomenele pot fi
permanente si tranzitorii.
In aceste definitii au aparut cateva notiuni (ca sistem, sistem fizic, stare, marime) care se
cer a fi explicate, acest lucru facand obiectul subcapitolului ce urmeaza.
1.1. Fenomene fizice. Notiuni preliminarii
Fenomenele, considerate ca o multime ordonata a starilor pe care le are un grup de obiecte
(corpuri) in momentele succesive ale unui interval de timp, se numesc fenomene fizice daca nu
produc, in nici un fel, modificarea naturii substantei corpurilor implicate in fenomene pe intreg
intervalul de manifestare a lor. In caz contrar, cand fenomenele constau numai in modificari ale
naturii substantei, ele se numesc fenomene chimice, iar daca in sirul starilor sistemului in
intervalul de timp considerat, apare cel putin o modificare in natura substantei corpurilor,
fenomenele se numesc fenomene fizicochimice.
Datorita subiectului pe care il are acest manual, se vor avea in vedere numai fenomenele
fizice in general (dar, in special de-a lungul cartii, fenomenele electromagnetice) si foarte rar cele
fizicochimice (a se vedea: efectul chimic al electrocineticii, electrolitii, disociatia electrolitica,
legea electrolizei s.a.).
Pentru a se putea studia un fenomen cu o anumita caracteristica aparte (ce poate fi descrisa
de o anumita specie de proprietati) este necesara o delimitare (o - separare- ) spatiala si temporala
care consta in:
- definirea obiectelor fizice (numite, in ansamblul lor, sistem fizic) considerate ca portiuni
marginite si univoc definite ale materiei, care prin modificarea starilor lor succesive (ordonate)
4
pun in evidenta (fac perceptibila) sau indica senzorial sau inteligibil ceea ce se denumeste - in
mod generic- un fenomen. Aceasta in virtutea principiului (de ce nu, filozofic) ca modul de
existenta al obiectelor fizice (sistemelor fizice) consta in manifestarile lor (ca procese-fenomene)
si ca nu exista proces (fenomen) care sa nu implice sisteme fizice;
- definirea temporala, care consta in precizarea secventei din multimea ordonata a starilor
sistemului fizic, secventa caracterizata de o aceeasi specie de proprietati, astfel incat sa se poata
stabili o stare initiala (la - stanga- ) care constituie cauza modificarii starilor sistemului fizic
analizat in secventa studiata si o stare finala (la - dreapta- ) a secventei care constituie o noua
stare a sistemului fizic, un rezultat al secventei, adica un efect. Prin urmare, definirea temporala
delimiteaza un fenomen al unui sistem fizic intre cele doua evenimente: cauza si efect,
evenimente care ele insele sunt tot fenomene. De exemplu, in anumite conditii, un fenomen
termic la care este supus un corp poate genera (deci este cauza) unui fenomen electric (care este
un efect), asa cum sunt campurile imprimate termoelectrice de volum (v. subcap. 4.3).
Esential, pentru cunoasterea unui fenomen relativ la un sistem fizic dat, este determinarea
relatiei dintre cauza si efect. In conditiile unui sistem fizic precizat, un fenomen este determinat
atunci cand se poate preciza raportul univoc: cauza- efect. Activitatea de cunoastere prin care, in
conditiile unui sistem fizic dat, se determina efectul pe care il creeaza in sistem o anumita cauza
poarta numele generic de analiza; activitatea - inversa- , prin care se incearca determinarea
cauzelor ce ar produce intr-un sistem dat un anume efect dorit este denumita, in general, sinteza.
In planul cunoasterii si al modelarii fenomenelor fizice, stabilirea relatiilor cauza- efect se
realizeaza cu ajutorul legilor fizicii si al unor teoreme, in care intervine un anumit numar de asa
numite marimi fizice, ce pot descrie atat sub aspect calitativ, cat si cantitativ- caracteristicile
specifice sistemului fizic si fenomenelor care se produc in sistem.
Daca, pentru un sistem fizic cunoscut, se poate stabili ce efecte produce, intotdeauna, un
grup de cauze dat, in mod univoc si la orice - repetare- a cauzelor (reproducere a fenomenului),
ceea ce in domeniul modelarii sistemelor se precizeaza prin teoremele de unicitate (care afirma ca
legile fizice specifice fenomenului studiat determina starea spatio-temporala a sistemului fizic
analizat, adica in fiecare punct al domeniului sau cat si in fiecare moment), atunci se spune ca
fenomenul are caracter determinist. In caz contrar, cand raportul cauza- efect nu poate fi stabilit
in mod univoc si cand reproducerea exacta a fenomenului in aceleasi conditii ale sistemului fizic
analizat nu este sigur posibila, se spune despre fenomen ca are caracter intamplator sau aleator.
1.1.1. Marimi fizice
Cercetarea sistemelor fizice si a fenomenelor fizice pe care le - gazduiesc- ,considerate - in
procesul de cunoastere- ca obiecte ale gandirii, duce la constatarea ca aceste obiecte se
diferentiaza intre ele atat calitativ cat si cantitativ, ceea ce a impus gasirea (introducerea) unor
note (in sensul din - logica- ) si notiuni prin care sa se poata caracteriza si deosebi intre ele. O
astfel de notiune este marimea, care se exprima lingvistic si se reprezinta simbolic prin procedee
ale semioticii.
Astfel, prin activitatea de identificare a proceselor si de modelare a lor (adica de
reprezentare matematica a relatiilor din sistemul obiect analizat) se stabilesc anumite proprietati
(elemente-note specifice) diferite calitativ pe care le putem denumi marimi (sau specii de marimi
- pentru a le preciza natura lor diferita) si anumite corelatii intre ele descrise matematic
(modelate) prin legi - daca sunt deduse experimental sau prin teoreme, formule etc.- daca sunt
stabilite deductiv din legi.
Pentru cunoasterea si modelarea fenomenelor fizice, concomitent cu sistemele fizice in care
se manifesta, precum si pentru evaluarea raporturilor cauza- efect, nu este suficienta numai
caracterizarea calitativa. Este necesara - in plus- o determinare cantitativa a relatiilor existente
intre proprietatile obiectelor studiate, care sa conduca la corelarea aspectelor calitative ce
delimiteaza obiectul (sistemul), la cuantificarea interactiunilor existente intre proprietatile
5
sistemului-obiect si la precizarea evolutiei sistemului. Determinarea cantitativa a proprietatilor
calitative ale unui sistem-obiect, adica a speciilor sale de - marimi- ce exprima aspecte de natura
diferita, se face prin asa numitele marimi fizice. Desi notiunea de - marime- presupune - prin
semantica ei- si o evaluare cantitativa, simplificand putin lucrurile vom defini o marime fizica
prin acea marime (ca aspect calitativ) care poate fi determinata si cantitativ, adica o marime ce
poate fi masurata si careia - prin masurare- i se poate atribui o - valoare- (mai exact o exprimare
matematica, careia - prin abuz terminologic- i se spune - marime matematica- ). Marimea
matematica atasata - prin masurare- unei marimi (adica unei proprietati calitative), reprezinta o
masura a marimii, cu valori in multimea valorilor marimii (continua - analogica sau discreta -
numerica).
Sintetizand, o marime fizica contine in plus fata de marime (adica fata de aspectul calitativ
al proprietatii pe care o exprima) si determinari cantitative (prin masurare) specifice, care reflecta
o anumita manifestare interna existenta in mod natural.
De exemplu, in cazul unor procese mecanice putem constata ca diferite corpuri in
- miscare- parcurg, fata de un sistem de referinta dat, - spatii- diferite in acelasi - interval de timp-
(aceeasi - durata- ). Aceasta este o analiza sumara a unui fenomen cu un specific al sau (zis
mecanic), in care notiunile: miscare, spatiu si durata reprezinta aspecte (caracteristici) calitative,
zise pe scurt marimi. Pentru o analiza de continut, cu evaluari cantitative care sa determine, in
esenta sa, deplasarea corpurilor, se introduc noi marimi: viteza, acceleratia, masa, forta etc. Toate
acestea (inclusiv spatiul si durata) sunt marimi fizice, deoarece ele sunt marimi masurabile, carora
li se poate atasa cate o masura sub forma unor marimi matematice cu valori in multimea
numerelor reale, cu precizarea ca marimile fizice atasate viteza, forta si acceleratia sunt marimi
vectoriale, iar spatiul, durata si masa sunt marimi scalare.
Masurarea, prin care se determina cantitativ o marime fizica, este o activitate
experimentala de tip informatic al carui scop este obtinerea unor date cantitative cu privire la
proprietatile unui sistem-obiect si redarea lor intr-o forma potrivita pentru observator (utilizator).
Semnificatia (interpretarea) pe care observatorul-utilizator o atribuie acestor date cantitative, prin
intermediul conventiilor folosite pentru reprezentarea lor, constituie informatia care este necesara
in procesul continuu de cunoastere, comunicare si conducere (decizie).
Determinarea cantitativa, prin masurare, a diverselor specii de marimi diferite calitativ, nu
se poate realiza decat in raport cu marimi de aceeasi specie (aceeasi natura fizica) alese ca unitati
cantitative, numite unitati de masura, fixate in mod conventional decat in cadrul unui sistem de
unitati de masura coerent. O specie de marimi fizice este determinata atunci cand se indica
procedeul de masurare, alegerea unitatii de masura fiind, in principiu, o optiune arbitrara. Dintre
sistemele de unitati practice, unul - si anume Sistemul International de unitati (SI)- a fost adoptat
pe plan mondial, la el aderand oficial majoritatea tarilor lumii. Deoarece, din anul 1961, SI a fost
introdus si in Romania ca singur sistem de unitati de masura legal si obligatoriu, in cadrul acestui
manual se vor folosi numai unitatile de masura ale SI, care se considera cunoscut de la cursul de
Fizica.
Clasificarea marimilor fizice
Speciile de marimi fizice pot fi clasificate dupa numeroase criterii. Clasificarea speciilor de
marimi prezinta importanta atat pentru optimizarea modelelor ce descriu fenomenele si sistemele
fizice in cadrul unei teorii, cat si pentru aplicabilitatea unor categorii de metode de masurare.
Privite sub aspectul relatiilor dintre ele, marimile fizice (care stabilesc determinari
cantitative pentru o proprietate comuna unei multimi de obiecte fizice) trebuie sa satisfaca in mod
obiectiv cateva cerinte si anume:
- sa existe o relatie de echivalenta intre obiectele fizice avand aceeasi specie de marimi
(proprietati), care este simetrica (in sensul ca daca un obiect fizic A este echivalent cu un alt
obiect fizic B, atunci B este echivalent cu A), tranzitiva (adica: a echivalent cu B- si - B
6
echivalent cu C- - a echivalent cu C- ) si reflexiva (intotdeauna un obiect fizic A este
echivalent cu el insusi). Exemple de echivalenta sunt: pentru proprietatea - forma geometrica- a
obiectelorasemanarea geometrica, pentru proprietatea - lungime- a unor segmente- coincidenta
extremitatilor segmentelor, pentru marimea (proprietatea unor obiecte fizice) - temperatura- -
echilibrul termic a doua corpuri etc.;
- sa existe o relatie de ordonare intre doua din obiectele unei multimi de obiecte
caracterizate de aceeasi specie de proprietati, care sunt neechivalente in sensul algebrei
propozitionale binare (potrivit careia, o propozitie poate fi ori adevarata- =)
1, ori - falsa- =)
0),
adica - daca obiectul A este diferit de B- (ceea ce s-ar putea scrie A - B) sa se poata stabili o relatie
de ordonare in raport cu specia de marimi (proprietate) considerata, prin A>B- B<A (adica
asimetria, care se mai poate formula si prin A<B exclude B<A) si prin A>B si B<C- A>C (adica
tranzitivitatea). Ca exemplu, lungimile unor segmente de dreapta sunt ordonabile in raport cu
relatia - mai lung decat- sau - mai scurt decat- , care se obtine experimental suprapunandu-se
segmentele de dreapta analizate, cu una din extremitati puse impreuna.
Revenind la clasificarea propriu-zisa a marimilor fizice, daca se ia drept criteriu felul cum
se introduc ele in teorie, speciile de marimi fizice se impart in:
- specii de marimi primitive care, intr-o teorie data, se introduc direct printr-un proces
logic inductiv, insa pe cale experimentala si cu precizarea concreta a procedeului de masurare.
Astfel, in teoria clasica a mecanicii s-au introdus ca marimi primitive: lungimea (distanta), durata
(timpul), masa si forta, iar in termodinamica: caldura si temperatura. Marimile primitive nu se mai
pot defini cu ajutorul altora, fara utilizarea experientei practice. Prin urmare, speciile de marimi
primitive se introduc prin indicarea explicita a relatiilor de echivalenta si ordonare, precum si a
procesului de comparare;
- specii de marimi derivate care - in cadrul unei teorii date pentru un domeniu de
cercetare- se introduc prin analiza logica in functie de alte specii de marimi de referinta
cunoscute, introduse in prealabil, fara a face uz de experienta. Asa de exemplu, in cinematica
viteza w e o marime derivata din speciile de marimi - lungime- ( l ) si - durata- ( t ) prin expresia
w = dl / dt , iar acceleratia a este o marime derivata prin: a = dw/ dt etc. La introducerea unei
specii de marimi derivate cu ajutorul unei relatii de definitie a valorilor ei numerice, pot aparea
doua situatii speciale. Daca experienta arata ca aceste valori nu depind de valorile marimilor in
functie de care au fost definite, dar depind de natura materialului sau obiectului la care se refera,
marimea derivata nou introdusa se numeste (este) o marime de material, iar expresia prin care a
fost definita este o relatie (lege, teorema etc.) de material (de exemplu, in domeniul Caldurii,
coeficientul de dilatatie liniara al unui corp solid, notat cu - , este o marime derivata definita prin
expresia - dl / ld-
D=
si deoarece practic ea nu depinde de lungimea l si - intr-un anumit interval-
de temperatura - , rezulta ca - este o marime de material). Daca experienta arata ca aceste valori
nu depind nici de valorile marimilor in functie de care au fost definite si nici de alte marimi sau
conditii fizice (ca, de exemplu, valorile definite de raportul fortei de atractie gravitationala G, a
doua puncte materiale prin produsul maselor lor m1 si m2, multiplicat cu patratul distantei r dintre
ele, adica 1 2
f = Gr 2 /m m ), marimea derivata nou introdusa este o constanta universala (in
exemplul dat, constanta de gravitatie f = 6,67 N- m2- kg-2), iar expresia ei de definitie - in care se
considera explicit independenta mentionata- este o lege generala (ca, de exemplu, legea atractiei
universale: G = f m1 m2 / r2).
Calitatea de marime
Documentul este oferit gratuit,
trebuie doar să te autentifici in contul tău.
