1. Wstęp - Czym zajmuje się fizyka?

Wielkości fizyczne i ich jednostki

Badane zjawiska fizyczne opisywać będziemy za pomocą wielkości fizycznych wyrażających w sposób ilościowy własności materii i zjawisk. Wielkościom fizycznym przypisujemy liczby zwane ich wartościami.

Wyróżniamy kilka typów wielkości fizycznych.

Wielkości skalarne są najprostsze i wyrażane są ilościowo jedną liczbą. Zaliczamy do nich np. masę, czas, temperaturę, potencjał elektryczny.

Wielkości wektorowe wyrażamy za pomocą n liczb ustawionych w określonej kolejności, czyli uporządkowanych. Liczby te nazywamy składowymi wektora. Liczba n odpowiada wymiarowi przestrzeni, w której prowadzimy analizę badanego zjawiska. Niekoniecznie musi to być przestrzeń trójwymiarowa. Jeśli badane zjawisko z założenia zachodzi w płaszczyźnie, analiza nasza może ograniczyć się do dwóch wymiarów, jeśli ruch odbywa się wzdłuż linii prostej - do jednego. W tzw. mechanice relatywistycznej analizę prowadzić będziemy w przestrzeni czterowymiarowej zwanej czasoprzestrzenią, a odpowiadające tej przestrzeni wektory nazywać będziemy czterowektorami. Pełne określenie wielkości wektorowej wymaga podania długości (wartości), kierunku i zwrotu wektora. Do wielkości wektorowych zaliczamy np. prędkość, przyspieszenie, siłę, natężenie pola elektrycznego i magnetycznego, pęd, moment pędu itd.

Wielkości tensorowe stosujemy do badania ośrodków i zjawisk o cechach anizotropowych, czyli takich, których własności zależą od kierunku w przestrzeni. Przedstawiamy je za pomocą tablicy liczb, które zapisujemy w postaci macierzy. Używając tensorów opisujemy na przykład własności kryształów i ośrodków ciągłych. Takie wielkości jak przewodność elektryczna, przenikalność elektryczna 

i magnetyczna zależą od kierunku względem osi krystalograficznych w kryształach - mają więc charakter tensorowy.

Wielkości fizyczne wyrażamy ilościowo w postaci liczb, które informują, ile razy wynik pomiaru jest większy, bądź mniejszy, od wartości przyjętej umownie za jednostkę. Zawsze więc podając wartość dowolnej wielkości fizycznej musimy jednoznacznie określić w jakich jednostkach jest ona wyrażona. Definicje i prawa fizyczne wiążą ze sobą różne wielkości, co umożliwia wyrażenie jednych za pomocą innych. Można określić zestaw kilku podstawowych wielkości fizycznych i korzystając z nich wyrazić pozostałe.

W Polsce stosujemy Międzynarodowy Układ Jednostek, „SI”. Podstawowymi jednostkami tego układu są: jednostka długości (metr), masy (kilogram) i czasu (sekunda). Oprócz nich, za podstawowe uważa się jeszcze jednostki natężenia prądu, światłości, temperatury bezwzględnej oraz ilości materii. W poniższej tabeli zostały wymienione podstawowe jednostki układu SI.