Biologi er læren om den levende naturen og dens organismer (av gresk βιολογία, dvs. bios [βίος] = liv, og logos [λόγος] = lære).
Kjemi er vitenskapen om stoffenes egenskaper, sammensetting og reaksjoner. Man er ikke helt sikre på hvor ordet stammer fra, men noen mener at det kommer fra det egyptiske ordet kēme (chem), som betyr "jord".
I den moderne vitenskapen (regnes fra midten av 1500-tallet) skjedde en voldsom omveltning i verden. Columbus hadda oppdaget amerika, Galileo kom med detaljerte observasjoner av månen og av planeter. Galileo påstod at månen ikke var en perfekt kule slik man hadde ment tidligere. Man fikk et problem, fordi observasjoner ikke stemte med teorien.
Grunnlaget for den vitenskapelig metode som vi bruker i dag ble lagt på denne tiden. Kort kan vi se at det dreier seg om kunnskap basert på fysiske bevis.
I dag ser vi en økende interesse for ting som ikke baserer seg på fysiske bevis. Engleskolen til prinsesse Märtha Louise er et eksempel på dette. Det går fint å tro på begge deler, men i 2FY skal vi konsentrere oss om forsøk som bruker den vitenskapelige metoden.
Vitenskapelig metode
I praksis går den vitenskapelige metoden ut på å observere og beskrive det man ser. Man kan også beskrive noe man forventer å se. Beskrivelsen kalles for
En 2 år gammel gutt hadde fått en oransje ballong fylt med helium. Han slapp den, og så at den gikk opp i taket av rommet. På bordet stod et fruktfat. Gutten tok en appelsin, slapp den, og kikket opp mot taket...
Den 2 år gamle gutten lagde seg en hypotese etter å ha observert den oransje ballongen stige mot taket: "Alle oransje ting stiger mot taket når jeg slipper de." Men, allerede etter et ekstra forsøk ble hypotesen falsifisert. Det er forøvrig det som er litt spesielt med den vitenskapelige metoden. Noe kan aldri bevises, det kan bare motbevises.
Albert Einstein har en gang sagt at du virkelig forstår noe kun hvis du kan forklare det til bestemoren din. For å forstå og beskrive fenomener som i utgangspunktet kan virke umulige å sette ord på, bruker man ofte modeller. I kapittelet om lys skal vi se at det finnes to modeller man støtter seg til, bølgemodellen og partikkelmodellen. Vi vet ikke om lys er bølger eller partikler, men i mange situasjoner oppfører de seg som nettopp bølger eller partikler. Siden vi kan observere bølger og partikler i vår "makro" verden, egner de seg godt til å forklare oss og bestemødrene våre hvordan lys oppfører seg.
For å kunne kommunisere våre observasjoner og beskrivelser av naturen med andre fysikere, slekt og venner, bruker vi størrelser. Vi kan si at i går haglet det og haglene var like store som druer, men vi ønsker å være mer nøyaktige.
Generelt i fysikken angir vi størrelser med en verdi og en enhet.
En fysiker ville f.eks. kunne målt volumet til haglene i antall og massen i antall kg. I tillegg ville han kanskje tatt 10 stikkprøver fra haggelen som deiset ned og sagt at i går haglet det og haglene hadde et volum på ± 0.000000008 Men, det er slitsomt å lese opp et slikt tall med så mange nuller, og derfor er det vanlig å skrive slike tall på det vi kaller for standardform eller med dekadiske prefikser.
Standardform vil si at man alltid skal ha et siffer før komma. Tallene over skrives slik på standardform:
Med dekadiske prefikser kan vi skrive tallene over slik:
Og så kan man selvsagt bruke en kombinasjon av standardnotasjon og dekadiske prefikser.
SI-Systemet
Det mest utbredte målesystemet i verden er SI-systemet. Det definerer følgende grunnleggende enheter. Alle andre enheter er avledet fra disse.
| Navn | Forkortelse | Størrelse | Definisjon |
| meter | m | lengde | Enheten for lengde er definert som lengden lyset går i vakuum i løpet av et tidsintervall på 1/299 792 458 sekund. |
| kilogram | kg | masse | Enheten for masse er lik massen av en internasjonal prototype på kilogram (en platinum-iridium sylinder) som oppbevares hos Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), Sèvres, Paris. Merk at kilogram er den eneste grunnenhet med et SI-prefiks; gram er definert som en avledet enhet lik 1/1000 av et kilogram |
| sekund | s | tid | Enheten for tid er varigheten av eksakt 9 192 631 770 perioder av den strålingen som svarer til overgangen mellom de to hyperfine nivåene i grunntilstanden av et cesium-133-atom |
| ampere | A | elektrisk strøm | To parallelle og uendelig lange, rette, tynne ledere er plassert i et vakuum med innbyrdes avstand én meter. Det går samme strøm i begge lederne. Dersom de påvirker hverandre med en lineær kraft på 2 × 10−7 newton per meter leder, er strømmen én ampere |
| kelvin | K | temperatur | Én kelvin er 1/273.16 av den termodynamiske temperatur til trippelpunktet for vann (0.01 °C) |
| mol | mol | stoffmengde | Et mol er en stoffmenge som inneholder like mange elementære enheter (atomer, molekyler e.l.) som det er atomer i 0,012 kilogram av karbonnukliden 12C |
| candela | cd | lysstyrke | Én candela er lysstyrken i en gitt retning til en lyskilde som sender ut monokromatisk lys med frekvens 540 × 1012 Hz, og med strålingsstyrke i den gitte retningen lik 1/683 watt per steradian |
Vi vet jo at man i England og USA ofte bruker fot og tommer til å måle lengde, og at de har andre enheter for masse osv. At det er viktig at fysikere er enige om hva slags enheter man skal bruke kan man lese i denne artikkelen.
Å måle volumet til et hagl er ikke nødvendigvis så lett. Vi kunne puttet det opp i et reagensrør fylt med vann og sett hvor stort volumet av vannet som ble fortrengt var, men vi ville risikert at haglet hadde smeltet før vi rakk å lese av en måling, og is tar som kjent større plass enn vann. Viktigere enn hva slags metode man bruker for å måle noe er imidlertid at man sier noe om hvor nøyaktig målingene er. Da er det opp til den som hører hva vi sier eller leser det vi har skrevet å avgjøre om han kan bruke det til noe fornuftig.
Hvis vi får beskjed om å lage massevis av en meter lange planker til noen, kan vi gjøre det og oppgi at de er 1.00±0.01m lange. Hvis plankene skal legges etter hverandre i en gymsal, og gymsalen er 50 meter lang, så vet vi at vi kan få en glippe som kan være opp til 50 x 0.1 m = 0.5 m stor, til at den siste planken som blir lagt er 0.5 m for lang! Hvor nøyaktige vi må være avhenger av situasjonen!
Unøyaktigheten vi oppgir går ofte på skjønn. Hvis vi bruker en plastlinjal kjøpt på RIMI, sier vi kanskje at noe er 10.0±0.1cm langt, selv om det ser ut på linjalen som om det vi måler er akkurat 10 cm langt. Måler vi noe som havner midt mellom 9.6 og 9.7 millimeterstrekene på linjalen, sier vi kanskje at det vi måler er 9.65±0.05cm.
Verdien av en fysisk størrelse skal gis slik at usikkerheten ligger i det siste sifferet. Hvis vi også oppgir hvor stor usikkerheten er, blir den som regel gitt med ett siffer.
Relativ usikkerhet
En annen måte å kommunisere hvor usikre vi er på en måling er å oppgi usikkerheten i prosent. Da tar man det største avviket man har og deler på gjennomsnittsmålingen man har. Hvis vi antar at plankene vi kuttet opp ovenfor i gjennomsnitt er 1.00 meter lange, blir den relative usikkerheten . Denne usikkerheten er kanskje bra nok hvis man skal lage et stakittgjerde, men ikke bra nok hvis man skal legge tregulv i en gymsal.
Når vi løser regneoppgaver i fysikken bruker vi ofte egne eller oppgitte måledata. Når vi kommer frem til et svar, vil det være unaturlig å ha et svar som utrykker en større nøyaktighet enn den som finnes i måledataene vi har brukt. En tommelfingerregel er at
Når vi gjør beregninger i fysikk, gir vi sluttsvaret med like mange siffer som det er i den størrelsen som har færrest gjeldende siffer.
Eksempel (oppgave 5.02): Du holder farten 50 km/h i et boligfelt der barn leker, og er uoppmerksom i 0,50 s. Hvor langt kjører du "i blinde" da?
Svar:
Her har vi rundet av svaret til to siffer fordi begge måledataene i oppgaven var oppgitt med to siffer.