1.1. Předmět fyziky

Řecké slovo "fyzis" znamená přírodu, a fyzika je tedy věda o přírodě. U starých Řeků byla součástí filosofie a postupně se z ní stávala věda o nejobecnějších zákonitostech a jevech světa, v němž žijeme.
Poznatky o fyzikálních jevech získáváme pozorováním přírody nebo pokusy. Při pozorování nijak do jevu nezasahujeme (např. pozorujeme kruhy na vodní hladině, pohyb planet kolem Slunce, blesky na obloze, pád kamene a pod.).
S rozvojem fyziky došlo k využívání cíleného pokusu experimentu. Při experimentu fyzikální jevy sami vyvoláváme, měníme podmínky pokusu a měříme jeho výsledky (v daném elektrickém okruhu např. měníme napětí zdroje a sledujeme změnu napětí na voltmetru a změnu proudu na ampérmetru). Stupeň poznání je závislý na zvolené metodě a na dokonalosti měřících přístrojů. Přístroje doplňují smyslové orgány člověka, zaručují větší spolehlivost a přesnost pozorování, dokonce umožňují odhalovat i jevy, které jsou smyslovým orgánům nepřístupné (např. magnetické pole).
Některé jevy zatím dovedeme popsat a přiblížit našemu chápání jen pomocí jejich modelu. Fyzikální model je objekt, jev nebo myšlenková konstrukce. Jeho pomocí vysvětlujeme nějaký fyzikální jev nebo objasňujeme nový poznatek. Na základní škole jste se seznámili s několika fyzikálními modely, např. s modelem atomu, modelem elektrického proudu v kovech apod. Žádný fyzikální model nevystihuje všechny stránky skutečného jevu a nemůžeme jej se skutečným jevem ztotožňovat. Skutečný fyzikální jev je vždy obsažnější a složitější než jeho model.
Fyzikální děje a pokusy popisujeme pomocí fyzikálních pojmů (objem, tání, elektrický proud, rychlost, pohyb, molekula…). K vyjádření výsledků pozorování a experimentu používáme fyzikální veličiny. Fyzikální veličiny jsou ty fyzikální pojmy, které jsou měřitelné, např. objem, teplota, čas, rychlost, elektrický proud a jiné. Obecně fyzikální veličinou rozumíme určitou vlastnost nebo stav sledovaného objektu.
Vztahy mezi fyzikálními veličinami zapisujeme ve formě fyzikálních zákonů. Fyzikální zákony mají často podobu matematických vzorců, z nichž lze zjistit, jak se daná veličina bude měnit v závislosti na změně ostatních veličin. Moderní fyzika využívá k vyjádření fyzikálních teorií složitý matematický aparát. Spojení matematiky s fyzikou je tak úzké, že některé fyzikální zákony popř. fyzikální jevy vyplynuly nejdříve z matematických vztahů a teprve později byly pokusně dokázány nebo objeveny.
My se budeme zabývat pouze fyzikálními základy a z hlediska matematiky vystačíme rovněž se základními vědomostmi. Nejčastěji se budeme setkávat se vztahem přímé úměrnosti popř. vztahem nepřímé úměrnosti mezi veličinami a proto si je zopakujme.
Jestliže platí, kolikrát se zvětší (zmenší) daná veličina x, tolikrát se zvětší (zmenší) veličina y, jedná se o úměrnost přímou, y = k . x, kde k je konstanta úměrnosti. Zvětšíme-li např. dvakrát objem dané látky o stejné hustotě, zvětší se dvakrát její hmotnost. Tento vztah zapisujeme m = r . V, konstantou úměrnosti je v tomto případě hustota r.
Jestliže platí, kolikrát se zvětší (zmenší) daná veličina x, tolikrát se zmenší (zvětší) veličina y, jedná se o úměrnost nepřímou, y = k / x. Zvětšíme -li např. dvakrát čas, za který urazí dané těleso určitou stejnou dráhu, zmenší se jeho rychlost dvakrát. Tento vztah zapisujeme v = s / t, konstantou úměrnosti je v tomto případě dráha s.

Otázky a úlohy

1. Odpovězte na otázky, které se týkají některých známých jevů a zopakujte si:
a) Proč volně upuštěný předmět padá k Zemi?
b) Proč lidé při prudkém zabrzdění autobusu padají dopředu?
c) Proč se brzdové obložení automobilu při brzdění zahřívá?
d) Proč vidíme Měsíc někdy celý a někdy jen srpek?
e) Proč zhasnou na vánočním stromku všechny žárovky, jestliže jednu z nich vyšroubujeme nebo jen povolíme?
2. Z fyzikálních veličin, které znáte ze základní školy, vybírejte dvojice, které na sobě závisí přímo úměrně, popřípadě nepřímo úměrně. Vztah úměrnosti zapište.