LOFY.01.002 Physical Worldview Lecture Flashcards

Comprehensive vocabulary flashcards covering the concepts, principles, mechanics, electromagnetism, quantum mechanics, thermodynamics, and cosmology from the LOFY.01.002 Füüsikaline maailmapilt course notes.

Maailm

Keskkond, mis jääb väljapoole inimese mina-tunnetuse piire.

Maailmapilt

Teadmiste süsteem, mille abil inimene tunnetab ümbritsevat maailma ja suhestab end sellega. Kuna maailm toimib kõikjal

kehtivate ehk universaalsete printsiipide alusel, siis kasutatakse loodusteaduslikes tekstides sageli

maailmaga samas tähenduses mõistet Universum.

Loodus

(lad natura) on inimest ümbritsev ja inimesest sõltumatult eksisteeriv keskkond. Loodus vastandub

selles määratluses inimeste poolt loodud ehk tehiskeskkonnale, aga ka inimesi ümbritsevale men-

taalset komponenti (kunsti, muusikat jne) sisaldavale keskkonnale, mida nimetatakse kultuuriks.

Looduses toimuvaid muutusi nimetatakse loodusnähtusteks.

Loodusteadus

(ingl science) on koondnimetus õpetustele, mis annavad loodusnähtustele teaduslikke

kirjeldusi ja seletusi ning pädevalt ennustavad loodusnähtusi.

Looduse tasemeline struktureeritus

seisneb selles, et igal kindlal struktuuritasemel toimuvaid nähtusi võib

kirjeldada sellel tasemel oluliste loodusseaduste abil ja see ei sõltu kuigivõrd teistele tasemetele

omastest nähtustest. Erinevad loodusteadused tegelevad looduse erinevate struktuuritasemetega.

Füüsika tegeleb kõigi tasemetega.

Vaatleja

on indiviid (inimene), kes kogub ja töötleb infot maailma (looduse) kohta. Vaatleja tunnusteks on

tahe (valikuvabaduse olemasolu), aistingute (maailmast tulevate signaalide) vastuvõtmine, mälu

(salvestatud aistingute) kasutamine ja mõistuse (mõttekujundite) rakendamine. Füüsika on paljude

vaatlejate ühine loodust peegeldavate kujutluste süsteem. Ilma vaatlejata ei saa olla füüsikat.

Füüsika

(kr physikos – loomulik) on loodusteadus, mis uurib täppisteaduslike meetoditega looduse kahte

põhivormi – ainet ja välja. Füüsika käsitleb looduse kõige üldisemaid ilminguid ehk füüsikalisi

objekte. Objekt on see keha (ese), nähtus või kujutlus, millele meie kui subjektide tegevus on parajasti

suunatud. Füüsika tekitab looduse kõige üldisemad mudelid, mida kasutavad kõik teised

loodusteadused. Füüsika uurib looduses toimuvaid sündmusi ja protsesse.

Sündmus

kui muutus toimub nii kiiresti, et inimene ei suuda määratleda sündmuse kestust. Sündmus toimub

hetkeliselt, sündmusega viiakse vastavusse ajahetk. Sündmusena võib aga käsitleda ka millegi

olemasolu ilmnemist vaatlejale.

Protsess

on muutus (loodusnähtus), mille kestus on mõõdetav. Protsessi algus ja lõpp on sündmused,

protsessi kestus on ajavahemik ehk kahe ajahetke vahe.

Aine

on see, millest koosnevad füüsikalised kehad. Makroskoopilise keha tähtsaim tunnus on pealispind,

mis eraldab keha ainet muust ainest. Ainega toimuvad loodusnähtused millalgi ja kuskil (ajas ja

ruumis), väljaga toimuvad nähtused alati ja kõikjal (aja ning ruumi mõisted pole rakendatavad).

Väli

on aktiivne keskkond, mille vahendusel üks keha mõjutab teist. Väli on jõu tekkimise võimalikkus.

Aine ja väli võivad neis sisalduva energia ulatuses teineteiseks muunduda. Erinevad aineosakesed

samas ruumiosas olla ei saa (ei mahu), erinevad väljad aga saavad küll. Aineosakestel on enamasti

kindlad mõõtmed, väljal neid reeglina ei ole.

Nähtavushorisont

nimetame piiri, kuni milleni ühel vaatlejal või inimkonnal tervikuna on olemas eks-

perimendi või sihipärase vaatluse teel kontrollitud teadmised füüsikaliste objektide kohta. Inimkonna

kui terviku nähtavushorisondi taha jäävad füüsikalised objektid enamasti põhjusel, et pole veel olemas

vahendeid selliste objektide vaatlemiseks. Füüsika on ainus loodusteadus, mis määratleb ja nihutab

edasi inimkonna nähtavushorisonte.

Sisemine nähtavushorisont

on vaatleja(te) teadmiste piir liikumisel piki mõõtmete skaalat üha väiksemate

objektide poole (järjestikusel vastamisel küsimusele Mis on selle sees?).

Väline nähtavushorisont

on vaatleja(te) teadmiste piir liikumisel piki mõõtmete skaalat üha suuremate

objektide poole (järjestikusel vastamisel küsimusele Mis on selle taga?)

Makromaailma

moodustavad inimesest mõõtmete poolest mitte väga palju erinevad objektid. Need on

objektid tüüpilise mõõtmega, mis jääb ühe mikromeetri (miljondiku meetri) ja ühe megameetri

(miljoni meetri) vahele. Makromaailmas kehtivaid füüsikaseadusi võime me uurida nägemismeelega

vahetult hoomatavate katsete abil, vajamata lisavahendeid.

Mikromaailma

moodustavad inimesest mõõtmete poolest palju väiksemad objektid. Need on objektid

tüüpilise mõõtmega, mis jääb alla ühe mikromeetri (miljondiku meetri).

Megamaailma

moodustavad inimesest mõõtmete poolest palju suuremad objektid. Need on objektid

tüüpilise mõõtmega, mis on üle ühe megameetri (miljoni meetri ehk 1000 kilomeetri)

Aistingulise info saamine

maailmas leiab aset sündmus; vaatleja närviraku ehk retseptorini jõuab mingi füüsikalise nähtuse vahendusel signaal selle kohta; signaali infot kandev närviimpulss läheb ajusse, kus tekib sündmust peegeldav aisting. Erinevatest meeleorganitest pärinevate erinevate aistingute põhjal tekib ajus sündmusest terviklik taju. Seejärel kasutab aju mälus säilitatavaid varasemaid sellelaadseid aistinguid ja tajusid, rakendab mõistust (süllogisme) ning lõpptulemusena tekib sündmusest või objektist terviklik kujutlus ehk visioon. Füüsika koosneb eri vaatlejate poolt tekitatud ja omavahel kooskõlastatud kujutlustest.

Süllogism

(kr syllogismos – järeldus) ehk mõttekujund on tõese järelduse tegemine maailma kohta vaid

mõistuse abil, ilma vastavat aistingut saamata. Näiteks: kui a = b ja b = c, siis ka a = c.

Maailmapildi aluseks

on vaatleja usk tema poolt maailma tunnetamisel kasutatava meetodi õigsusesse.

Füüsikalise maailmapildi aluseks

on usk loodusteaduslikku meetodisse. See meetod toimib alljärgnevalt.

Vaatleja, kel on primaarseid ehk otseselt aistingutest tulenevaid kujutlusi tekitatud piisavalt palju, asub mälu ja mõistuse abil konstrueerima sekundaarseid kujutlusi, millega seonduvaid aistinguid ta veel pole saanud, kuid mis süllogistlikult tulenevad primaarsetest. Sellist tegevust nimetatakse hüpoteesi loomiseks. Nüüd asub vaatleja maailma mõjutama eesmärgiga esile kutsuda uuritavale sekundaarkujutlusele vastav sündmus. Seda nimetatakse eksperimendiks. Kui vaatleja tõepoolest saab piisavalt täpselt sama aistingu, mille tekkimist ta prognoosis, siis teeb vaatleja järelduse, et oodatav sündmus maailmas tõepoolest toimus ja hüpotees on saanud eksperimentaalse kinnituse. Kui vaatleja oodatud aistingut ei saa, tuleb hüpoteesi kas täiustada või see kõlbmatuna kõrvale heita. Sageli ei saa vaatleja uuritavat loodusnähtust mõjutada. Ta saab seda vaid sihipäraselt vaadelda. Kuid sihipärase vaatluse positiivse tulemuse tõestuslik jõud ei jää alla eksperimendi omale. Võime loodusteadusliku meetodi kirjelduse kokku võtta sõnadega: vaatlus  hüpotees  eksperiment (või sihipärane vaatlus)

 andmetöötlus  järeldus  hüpoteesi täpsustamine  uus eksperiment jne.

Mütoloogilise maailmapildi aluseks

on usk autoriteetidesse. Maailmapildi konstrueerimisel loetakse tõsikindlaks infoks mõnede, antud valdkonnas kõigutamatult autoriteetsete inimeste väited, neid eksperimentaalselt või vaatluslikult kontrollimata. Selliste väidete (vähemasti osaliselt) kooskõlaline süsteem moodustab müüdi. Loodusteaduslik ja mütoloogiline maailmapilt välistavad teineteist.

Inimene kui vaatleja

koosneb ka ise looduse objektidest (aine ja välja osakestest) ning infost nende

objektide paigutuse ja omavahelise vastastikmõju viiside kohta. Selle info põhiliike nimetatakse

religioossetes tekstides hingeks ja vaimuks.

Hing

on inimeses sisalduva info see osa, mis on omane kõigile indiviididele (laiemas tähenduses – kõigile

elusolenditele). Hinge olemasolu tähendab organismi osalemist ainevahetuses omaette subjektina,

tähendab organismi funktsioneerimiseks vajalike tagasiside-ahelate toimimist, tähendab näiteks

hingamist (hapniku ümbertöötlemist süsihappegaasiks), millest tulenebki sõna hing. Hing on

organismi liigi-info. Selles tähenduses on hing olemas ka loomadel.

Vaim

on inimeses sisalduva info see osa, mis on omane vaid antud indiviidile. Vaimu olemasolust tuleneb

inimese vajadus maailmapildi järele. Samas on konkreetse indiviidi maailmapilt tema vaimu osa. Vaim

on inimese indiviidi-info.

Religioosse maailmapildi aluseks

on usk sellesse, et maailma mitmekesisus ning korrapära tulenevad ini-

mesest kõrgemal seisvast tahtelisest infoallikast. Seda maailma struktureerivaid programme käivitanud

(ja usutavasti ka kontrollivat) infoallikat nimetatakse religioossetes tekstides Jumalaks.

Ateistliku maailmapildi

aluseks on usk sellesse, et maailma mitmekesisus ja korrapära on isetekkelised

ning neid tagavat keskset infoallikat ei ole olemas. Religioosne ja ateistlik maailmapilt välistavad

teineteist, kuid mitte kumbki neist ei välista loodusteaduslikku ega ka mütoloogilist maailmapilti.

Loodusnähtuse kirjeldus

annab omavahelises loogilises seoses ning vastavat terminoloogiat (füüsikalisi

suurusi ja mõõtühikuid kasutades) edasi antud nähtuse iseloomulikke jooni (vastab küsimusele

kuidas?). Kirjeldavat teooriat (käsitlust) nimetatakse fenomenoloogiliseks (nähtus ehk fenomen).

Loodusnähtuse seletus

annab edasi selle nähtuse tulenemise üldisemast või sügavamal struktuuritasemel

kehtivast seaduspärasusest (vastab küsimusele miks?, asetab selle nähtuse “oma kohale”). Võimes

anda loodusnähtustele pädevaid seletusi avaldub füüsika heuristiline (avastuslik) väärtus. Seletus on

enamasti viide põhjuslikule seosele.

Loodusnähtuse ennustamine

on väide selle nähtuse toimumise kohta tulevikus või mingis teises kohas.

Võimes pädevalt ennustada loodusnähtusi avaldub füüsika prognostiline (ennustuslik) väärtus.

Ennustamise aluseks on põhjuslike seoste tunnetamine

Põhjuslikult seotuteks

nimetatakse kahte sündmust siis, kui vaatleja suudab sündmustele vastavate kujut-

luste vahel luua süllogistliku seose. Füüsika on õpetus tähtsaimatest põhjuslikest seostest looduses.

Ruumiliseks

nimetatakse sellist põhjuslikkust, mille korral põhjuslikult seotud sündmused on korraga

esinevad või vaadeldavad. Ruumiline põhjuslikkus avaldub ühe füüsikalise objekti koosnemises

teistest objektidest (nt Liivahunnik koosneb liivateradest. Liivaterade olemasolu on liivahunniku

olemasolu põhjus). Matemaatikas tegelevad ruumilise põhjuslikkusega geomeetria ja algebra.

Ajaliseks

nimetatakse sellist põhjuslikkust, mille korral põhjuslikult seotud sündmused ei ole korraga

vaadeldavad. Ajaline põhjuslikkus avaldub ühe sündmuse järgnevuses teisele. Näiteks: raamat paikneb laua kohal õhus ja talle mõjub raskusjõud (sündmus 1, põhjus); raamat on jõudnud laua pinnale (sündmus 2, tagajärg). Matemaatikas tegeleb ajalise põhjuslikkusega funktsioonide teooria (kõrgtasemel teeb seda matemaatiline analüüs), põhimeetoditeks on diferentsiaal- ja integraalarvutus.

Põhjuslikkus

on liigitatav võimalike tagajärgede arvu järgi. Fatalistliku põhjuslikkuse korral tundub olevat võimalik ainult üks tagajärg. Juhusliku põhjuslikkuse korral on võimalikke tagajärgi üle ühe, kuid siiski lõplik arv ning me saame hinnata ühe või teise tagajärje esinemise tõenäosust (nt täringuvise). Kaootilise põhjuslikkuse korral on võimalikke tagajärgi lõpmatu arv (nt “õnnevalamine”). Tahtelise põhjuslikkuse korral realiseerub kellegi tahte rakendumise tulemusena üks kindel tagajärg. Näiva põhjuslikkuse korral on nii põhjuse kui tagajärjena vaadeldav sündmus tegelikult põhjustatud mingist kolmandast, esialgu märkamatuks jäänud sündmusest.$F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}$.

Ettemääratus

on mingi sündmuse kindel esinemine tulevikus, sõltumata teistest sündmustest, mis võiksid selle sündmuse kui tagajärje võimatuks muuta. Füüsikaline ettemääratus on tingitud loodusseaduste vältimatust kehtivusest. Info mittefüüsikalise ettemääratuse kohta on reeglina ilmutuslik info. See on info, mille omaja (ilmutuse saaja) on kindlalt veendunud info tõesuses, kuid ei oska selgitada, millisest ja mil viisil töödeldud aistingust see pärineb. Füüsika ei tegele ilmutusliku infoga.

Loodusnähtuse füüsikaline mudel

esitab kompaktselt füüsikalise objekti kohta olemasoleva info, sidudes objekti abstraktsed (meeltega mittetajutavad) omadused millegi vahetult tajutavaga ning tuues esile aspektid, milles objekt erineb teistest omataolistest. Füüsika tegeleb mudelitega põhjusel, et loodusnähtuse kõigi omaduste samaaegne arvestamine on liiga keerukas ja sageli ka mittevajalik.

Füüsikaline suurus

on füüsikalise objekti mõõdetav iseloomustaja (karakteristik). Füüsikaline objekt (loodusnähtus) on olemas ka ilma inimeseta. Füüsikaline suurus on inimlik vahend objekti kirjeldamiseks. Suuruse mõõtmine on tema väärtuse võrdlemine mõõtühikuga.

Mõõtühik

on füüsikalise suuruse konkreetne väärtus , mida kokkuleppeliselt kasutatakse sama suuruse teiste väärtuste arvuliseks iseloomustamiseks.

Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem SI

kasutab 7 füüsikalist suurust põhisuurustena. Nende suuruste mõõtühikud on põhiühikud. Kõik teised suurused ja ühikud on määratud vastavalt põhisuuruste ning põhiühikute kaudu. Põhisuurused on: pikkus, aeg, mass, aine hulk, temperatuur, voolutugevus ja valgustugevus. Nende ühikud on vastavalt: meeter, sekund, kilogramm, mool, kelvin, amper ja kandela.

Mõõtesuurus

on nähtuse, keha või aine oluline omadus, mida saab teistest omadustest eristada ja arvuliselt

kirjeldada. Mõõtesuuruse väärtus on konkreetse suuruse arvuline määrang, mida väljendatakse

arvväärtuse ehk mõõtarvu ja mõõtühiku korrutisena.

Mõõtemääramatus

on suurus, mis kuulub mõõtetulemuse juurde ja iseloomustab tõenäosuslikult mõõtesuuruse võimalike väärtuste vahemikku. A-tüüpi mõõtemääramatus on põhjustatud enamasti mõõtja endaga seotud juhuslikest mõjuritest ja seda hindab mõõtja kordusmõõtmiste tulemuste põhjal statistiliste meetoditega. B-tüüpi mõõtemääramatuse hinnangu on teostanud mõõteriista tootja ning mõõtja saab vastava info mõõteriista skaalalt või passist, ise statistilisi meetodeid kasutamata.

Füüsika keeles

tuleb (erinevalt tavakeelest) kasutada korrektselt füüsikaliste suuruste ning mõõtühikute nimetusi ja tähiseid. Suuruste tähised esitatakse kaldkirjas (l, t, m,…) , ühikute omad püstkirjas (cm, s, kg…). Suuruse tähis on reeglina vastava ladinakeelse sõna esitäht (longitudo, tempus, massa…)

Valem

on lühidalt (tähiste abil) kirja pandud lause. Nt. valem v = s/t tähendab, et kiiruse (velocitas) leidmiseks tuleb keha poolt läbitud teepikkus (spatium) jagada kulunud ajaga (tempus). Füüsikaliste suuruste tähised esitatakse kaldkirjas (italic), ühikute tähised aga püstkirjas. Vektorsuuruse tähis kaldkirjas tähendab vastava vektori pikkust. Negatiivne pikkus tähendab seda, et vastav vektor on suunatud vastupidiselt kokkuleppelisele positiivsele suunale. Kui on oluline rõhutada mingi suuruse vektoriaalsust, siis on selle suuruse tähis valemis toodud rasvases püstkirjas (bold)

Skalaarne suurus

on esitatav vaid ühe mõõtarvuga, millele lisandub mõõtühik. Skalaarsed suurused on ilma

suunata (näit. aeg, pikkus, rõhk, ruumala, energia, temperatuur).

Vektoriaalne suurus

on kolmemõõtmelises ruumis esitatav kolme arvuga (+ mõõtühik). Need on vektori

koordinaadid. Vektoriaalsetel suurustel on suund olemas (näit. kiirus, kiirendus, jõud).

Induktiivne meetod

(induktsioon) on liikumine üksikult üldisele. Uus, laiema kehtivusalaga teadmine saadakse üksikfaktide (kitsama kehtivusalaga teadmiste) üldistamise teel. Alustatakse kõige lihtsamast looduse mudelist ja sammhaaval ”lisatakse keerukust”.

Deduktiivne meetod

(deduktsioon) on liikumine üldiselt üksikule. Deduktiivse (aksiomaatilise) teooria ülesehitamisel formuleeritakse kõigepealt aksioomid (üldeeldused, füüsikas: printsiibid) ja neist tuletatakse loogiliselt kõik teised väited. Üksikjäreldusteni jõutakse, rakendades üldist printsiipi antud erijuhul. Printsiipide tõesust kinnitab teooria üksikjärelduste kooskõla katsefaktidega.