Vật lý học là cánh cửa dẫn lối chúng ta khám phá những bí ẩn sâu xa của vũ trụ, từ cấu trúc vi mô của nguyên tử đến sự vận hành vĩ đại của các thiên hà. Môn khoa học cơ bản này không chỉ là nền tảng cho mọi tiến bộ công nghệ, định hình cách chúng ta hiểu về thế giới, mà còn đóng vai trò thiết yếu trong đời sống thực tiễn, đặc biệt là trong ngành chế tác đồng hồ. Hãy cùng WatchStore tìm hiểu kỹ hơn về vật lý học ngay trong bài viết dưới đây nhé.

1. Vật lý học là gì?

Vật lý học là một trong những bộ môn khoa học tự nhiên cơ bản. Có nguồn gốc từ từ Hy Lạp cổ, tập trung vào việc nghiên cứu vật chất, năng lượng, không gian và thời gian, cùng với các khái niệm cốt lõi như chuyển động và lực.

Xuyên suốt hàng nghìn năm, Vật lý học đã không ngừng phát triển, từ một phần của triết học tự nhiên đến sự bùng nổ mạnh mẽ trong Cách mạng Khoa học thế kỷ 17. Ngày nay, môn khoa học này không chỉ độc lập mà còn giao thoa sâu rộng với vật lý sinh học hay hóa học lượng tử. Và những đột phá từ vật lý đã góp phần thúc đẩy tiến bộ trong triết học hay toán học.

Không chỉ dừng lại ở lý thuyết, Vật lý học còn có đóng góp to lớn vào phát triển công nghệ. Từ hiểu biết điện từ học, chúng ta có tivi, máy vi tính, laser, internet. Trong khi đó, nhiệt động lực học châm ngòi cho Cách mạng Công nghiệp. Tất cả minh chứng sức ảnh hưởng của Vật lý trong việc kiến tạo thế giới chúng ta đang sống.

2. Lịch sử ra đời và phát triển của Vật lý học: Từ cổ đại đến hiện đại

2.1 Vật lý cổ đại – trung cổ: Những viên gạch đầu tiên

Từ buổi đầu lịch sử, con người đã tò mò về thế giới: vì sao vật rơi, vật chất khác nhau ra sao, vũ trụ hình thành như thế nào. Những lý thuyết ban đầu mang đậm màu sắc triết học, chưa được kiểm chứng thực nghiệm. Dẫu vậy, một vài đóng góp vẫn còn giá trị – tiêu biểu là Archimedes với các mô tả định lượng chuẩn xác về cơ học và thủy tĩnh học.

2.2 Vật lý cổ điển và cuộc cách mạng khoa học (Thế kỷ 17–19)

Thế kỷ 17 đánh dấu bước ngoặt lớn khi Galileo sử dụng thí nghiệm để kiểm chứng lý thuyết – một bước đệm cho khoa học hiện đại. Ông đặt nền cho động lực học với định luật quán tính. Sau đó, Newton tổng hợp toàn bộ các nguyên lý chuyển động và hấp dẫn vào Principia Mathematica, đặt nền móng cho cơ học cổ điển.

Sang thế kỷ 18, vật lý học chuyển mình với sự ra đời của nhiệt động lực học. Bernoulli dùng phương pháp thống kê để hình thành cơ học thống kê – công cụ miêu tả các hệ nhiều hạt. Đến cuối thế kỷ, Joule và Thompson chứng minh được năng lượng không tự sinh ra hay mất đi – chỉ chuyển hóa giữa cơ năng và nhiệt năng.

Song song với đó, điện và từ cũng được khám phá sâu hơn. Faraday và Ohm lần lượt đưa ra các định luật nền tảng. Đỉnh cao là Maxwell với bộ phương trình thống nhất điện và từ, cho thấy ánh sáng là sóng điện từ. Cuối thế kỷ 19, phát hiện tia X và phóng xạ mở màn cho ngành vật lý hạt nhân.

2.3 Vật lý hiện đại: Bước nhảy nhận thức (Thế kỷ 20 đến nay)

Năm 1905, Einstein tung ra Thuyết tương đối hẹp – Kết hợp không gian và thời gian thành không thời gian, mở ra cái nhìn mới về chuyển động. Đến 1915, Thuyết tương đối rộng ra đời, thay thế lực hấp dẫn bằng sự cong của không-thời gian – một bước ngoặt trong mô hình vũ trụ.

Ở thế giới vi mô, vật lý học cổ điển bắt đầu lạc hậu. Lượng tử ra đời với Planck, Bohr, Einstein… mở đường cho cách tiếp cận mới: năng lượng tồn tại dưới dạng rời rạc. Sau đó, Heisenberg, Schrödinger và Dirac xây dựng cơ học lượng tử, nơi mọi thứ được mô tả qua xác suất.

Cơ học lượng tử không chỉ là lý thuyết, mà còn là công cụ nghiên cứu vật chất ngưng tụ – như cấu trúc tinh thể, chất bán dẫn, siêu dẫn… Felix Bloch là người đầu tiên trong lĩnh vực này. Vào thời Thế chiến II, vật lý hạt nhân được đẩy mạnh, dẫn đến Dự án Manhattan và sự ra đời của bom nguyên tử.

Sau chiến tranh, vật lý tiếp tục tiến xa với lý thuyết trường lượng tử – kết hợp lượng tử và thuyết tương đối. Điện động lực học lượng tử ra đời, do Feynman và cộng sự phát triển, trở thành nền tảng cho vật lý hạt. Cuối cùng, Mô hình chuẩn được hoàn thiện, gom lại tất cả hạt cơ bản đã biết và tạo ra nền tảng cho vật lý hiện đại ngày nay.

3. Các nhánh chính của Vật lý học: Chìa khóa giải mã vũ trụ

Các lĩnh vực trong vật lý thường được phân loại thành hai nhóm chính: vật lý cổ điển và vật lý hiện đại, với từng nhóm tập trung vào những khía cạnh và giai đoạn phát triển khác nhau của khoa học tự nhiên. Cụ thể như sau:

– Vật lý học cổ điển gồm những nhánh chính sau:

Cơ học cổ điển – Nghiên cứu chuyển động và lực:

Cơ học cổ điển tập trung vào cách vật thể di chuyển và phản ứng khi chịu tác động từ lực. Lĩnh vực này bao gồm các phân ngành như tĩnh học, động học và động lực học, đồng thời được chia thành hai hướng chính: nghiên cứu vật rắn và nghiên cứu chất lỏng – khí (chất lưu).

Âm học – Khám phá thế giới của âm thanh:

Âm học là bộ môn nghiên cứu về âm thanh, thường được xem là một phần của cơ học. Âm thanh sinh ra từ sự dao động của các hạt trong môi trường, được lý giải bằng các định luật cơ học. Siêu âm học là một nhánh quan trọng trong lĩnh vực này.

Quang học – Giải mã ánh sáng và bức xạ:

Quang học tập trung vào hành vi của ánh sáng, bao gồm cả bức xạ hồng ngoại và tử ngoại. Ngành này nghiên cứu các hiện tượng như phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, và phân cực, giúp chúng ta hiểu về bản chất của năng lượng bức xạ.

Nhiệt động lực học – Mối liên hệ giữa nhiệt và năng lượng:

Nhiệt động lực học nghiên cứu nghiên cứu sự trao đổi nhiệt và cách nó tương tác với các dạng năng lượng khác, đồng thời tìm hiểu khái niệm entropy – biểu thị mức độ hỗn loạn của hệ. Nhánh này gắn bó chặt chẽ với cơ học thống kê trong việc lý giải quy luật phân bố năng lượng và sự biến đổi trạng thái trong các hệ vật lý.

Điện từ học – Thống nhất điện và từ:

Điện từ học là ngành nghiên cứu về mối quan hệ giữa điện và từ tính. Lĩnh vực này khám phá về việc từ trường biến đổi tạo ra dòng điện cảm ứng và việc dòng điện sinh ra từ trường. Điện từ học bao gồm tĩnh điện học, điện động lực học và tĩnh từ học.

– Vật lý học hiện đại gồm những nhánh chính sau đây:

Cơ học lượng tử:

Mô tả thế giới ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử, nơi các hạt có tính chất rời rạc, tuân theo nguyên lý bất định và thể hiện lưỡng tính sóng-hạt. Lý thuyết này giải thích nhiều hiệu ứng độc đáo không thể quan sát được trong thế giới vĩ mô.

Thuyết tương đối:

Thuyết tương đối do Albert Einstein đề xuất, giải thích các hiện tượng xảy ra trong những hệ quy chiếu khác nhau. Trong đó, thuyết tương đối hẹp nói về chuyển động ở các hệ quy chiếu quán tính, còn thuyết tương đối rộng xem lực hấp dẫn là kết quả của sự cong không-thời gian do khối lượng và năng lượng tạo nên.

Vật lý nguyên tử và hạt nhân:

Ngành này đi sâu vào việc khám phá cấu trúc bên trong của nguyên tử – từ lớp vỏ electron cho đến hạt nhân nằm ở trung tâm. Các nhà vật lý nghiên cứu cách các electron phân bố theo mức năng lượng, cũng như sự tương tác giữa proton và neutron trong hạt nhân. Kiến thức này là nền tảng cho các lĩnh vực như năng lượng hạt nhân, y học phóng xạ, và cả việc phát triển công nghệ laser.

Vật lý hạt cơ bản (hay vật lý năng lượng cao):

Đây là nhánh nghiên cứu sâu hơn cả cấp độ hạt nhân, hướng đến việc tìm ra những “viên gạch nhỏ nhất” tạo nên vũ trụ như quark, lepton hay boson. Các nhà khoa học sử dụng máy gia tốc để tạo ra va chạm hạt ở năng lượng cực cao, từ đó quan sát những tương tác cơ bản nhất giữa vật chất và lực. Mục tiêu cuối cùng là trả lời những câu hỏi lớn: Vật chất hình thành như thế nào? Vũ trụ vận hành ra sao ở cấp độ sơ khai?

4. Ứng dụng thực tiễn của Vật lý học trong đời sống

Có thể thấy, Vật lý đóng vai trò quan trọng và góp mặt rất nhiều vào các ứng dụng của đời sống thường ngày. Cùng lược qua một số ứng dụng phổ biến nhất của Vật lý ngay dưới đây:

Nhiệt kế thủy ngân – Ứng dụng đơn giản nhưng cực kỳ thiết thực của vật lý:

Trong đời sống hàng ngày, đặc biệt khi bị sốt, ai cũng từng thấy cha mẹ hoặc bác sĩ dùng nhiệt kế thủy ngân để kiểm tra thân nhiệt. Cơ chế hoạt động của nó dựa trên hiện tượng thủy ngân giãn nở khi gặp nóng và co lại khi lạnh – một phản ứng vật lý quen thuộc. Khi đặt vào nách, nhiệt độ cơ thể khiến thủy ngân bên trong dâng lên theo thang đo, giúp chúng ta biết chính xác đang sốt bao nhiêu độ.

Laser trong phẫu thuật – Khi vật lý học trở thành “dao mổ” hiện đại:

Không chỉ là công nghệ trong phòng thí nghiệm, tia laser còn là “vũ khí” đắc lực trong y học hiện đại. Trong nhiều ca phẫu thuật tim, thanh quản hay tai – bác sĩ không dùng dao mổ truyền thống, mà thay vào đó là ánh sáng laser cực chuẩn.

Tia này có khả năng xuyên qua mô, tái tạo mạch máu, tạo hình mạch hoặc cắt bỏ khối u mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao và ít gây tổn thương. Một ứng dụng của vật lý cực kỳ tinh xảo – nơi ánh sáng trở thành công cụ cứu người.

Dùng đòn gánh để gánh đồ – Mẹo vật lý giúp mang vác nhẹ tênh:

Hình ảnh những bà, những cô gánh hàng rong bằng đòn gánh không chỉ là nét đẹp lao động mà còn là minh chứng sống cho ứng dụng vật lý vào đời thường. Dựa trên nguyên lý bù trọng lượng, đòn gánh giúp phân bố lực đều lên hai đầu, tạo phản lực hỗ trợ vai và lưng. Nhờ vậy, việc mang vác trở nên nhẹ nhàng hơn, đỡ mỏi và tiết kiệm sức một cách đáng kể.

Máy chụp X-quang – Nhìn xuyên thấu cơ thể bằng tia vật lý:

Khi bạn bị gãy xương hay cần kiểm tra phổi, bác sĩ sẽ chỉ định chụp X-quang. Đây là một ứng dụng đột phá của vật lý học trong y học, sử dụng tia X – một dạng sóng điện từ có bước sóng rất ngắn và năng lượng cao. Tia X có khả năng xuyên qua các mô mềm nhưng bị xương cản lại, tạo ra hình ảnh đen trắng giúp bác sĩ nhìn rõ cấu trúc xương và phát hiện các vấn đề bên trong cơ thể mà không cần phẫu thuật.

Lò vi sóng – Biến điện thành nhiệt để nấu ăn siêu tốc: Lò vi sóng hoạt động dựa trên sóng vi ba – Một dạng sóng điện từ có khả năng làm nóng thức ăn.
Dụng cụ cắt móng tay – Ứng dụng của đòn bẩy trong đời sống:

Chiếc kìm cắt móng tay nhỏ gọn mà chúng ta dùng hàng ngày lại là một ví dụ tuyệt vời về nguyên lý đòn bẩy trong vật lý. Cấu tạo của nó sử dụng hai đòn bẩy đối xứng, giúp tạo ra một lực cắt mạnh mẽ từ một lực tác động nhỏ của ngón tay. Nhờ vậy, dù móng tay có cứng đến mấy, chúng ta vẫn có thể cắt chúng một cách dễ dàng và gọn gàng.

Công tắc điện – Khi vật lý học kiểm soát dòng năng lượng:

Mỗi lần bạn bật đèn hay sử dụng thiết bị điện, bạn đang ứng dụng một nguyên lý vật lý rất cơ bản: mạch điện. Công tắc điện hoạt động như một cầu nối, cho phép hoặc ngắt dòng điện chảy qua một mạch kín. Khi bật công tắc, mạch được đóng lại, cho phép dòng electron di chuyển và cung cấp năng lượng cho thiết bị. Ngược lại, khi tắt, mạch bị ngắt, dòng điện ngừng lại.

Tường cách âm – Vật lý giúp kiến tạo không gian yên tĩnh:

Để có được không gian yên tĩnh, tránh xa tiếng ồn, các công trình xây dựng thường áp dụng nguyên lý cách âm của vật lý. Bằng cách sử dụng các vật liệu có khả năng hấp thụ và phản xạ sóng âm (như bông khoáng, thạch cao, cao su), tường cách âm giúp ngăn chặn sự truyền dẫn của âm thanh. Điều này mang lại sự riêng tư và thoải mái cho người sử dụng, dù đó là phòng thu âm, rạp chiếu phim hay đơn giản là căn hộ của bạn.

Thả diều – Nghệ thuật bay lượn từ nguyên lý khí động học:

Thả diều không chỉ là một trò chơi dân gian mà còn là minh chứng sống động cho các nguyên lý vật lý. Khi diều bay lên cao, nó chịu tác động của lực nâng (do gió tác dụng vào bề mặt diều) và lực cản của không khí. Người điều khiển phải khéo léo kết hợp lực kéo từ dây diều và áp lực của gió để tạo ra sự cân bằng, giúp diều bay lượn ổn định trên bầu trời.

5. Vật lý học được ứng dụng thế nào vào việc chế tác đồng hồ?

Ngoài các ứng dụng ở trên, vật lý còn được ứng dụng vào việc chế tác đồng hồ đeo tay. Cụ thể như sau:

5.1. Cơ học và thiết kế bộ máy

Cơ học đóng vai trò tối quan trọng trong việc tạo nên một bộ máy đồng hồ chính xác. Các nguyên lý về đòn bẩy, con lắc, và truyền động bánh răng là trái tim của đồng hồ cơ. Mỗi bánh răng, trục xoay được tính toán tỉ mỉ để tối ưu hóa sự truyền lực và giảm ma sát, đảm bảo kim đồng hồ di chuyển mượt mà và chính xác. Sự cân bằng của con lắc, hay tần số dao động của lò xo cân bằng, quyết định trực tiếp đến độ chính xác thời gian của đồng hồ.

5.2. Điện từ học và đồng hồ điện tử/quartz

Đối với đồng hồ điện tử và đồng hồ quartz, nguyên lý hoạt động cốt lõi nằm ở điện từ học. Tinh thể thạch anh bên trong sẽ dao động nhịp nhàng khi chịu tác động của dòng điện. Những dao động ổn định này được mạch điện xử lý thành các xung điện đều đặn, từ đó điều khiển chuyển động của kim hoặc hiển thị thời gian dưới dạng số.

Pin cung cấp năng lượng, tạo ra dòng điện cần thiết, và các mạch điện tử tích hợp giúp quản lý, xử lý tín hiệu một cách chính xác, đảm bảo độ bền và độ chính xác vượt trội.

Cùng “Chiêm ngưỡng” một số mẫu đồng hồ điện tử/quartz đang hot hit tại WatchStore hiện nay ngay dưới đây:

[cmo_products ids=”12402,806,215,3336,214,4660,4114,288″]

5.3. Quang học và vật liệu mặt kính

Quang học trong vật lý học góp phần tạo nên vẻ đẹp và độ bền cho mặt đồng hồ. Mặt kính đồng hồ, đặc biệt là kính sapphire, được chế tác dựa trên nguyên lý quang học để đảm bảo độ trong suốt tối ưu và khả năng chống lóa.

Các lớp phủ chống phản chiếu cũng áp dụng các hiện tượng giao thoa ánh sáng để giảm chói. Ngoài ra, tính chất phát quang (dạ quang) trên kim và cọc số cũng là một ứng dụng của vật lý, giúp đồng hồ dễ đọc trong điều kiện thiếu sáng.

5.4. Nhiệt động lực học và độ chính xác

Nhiệt động lực học ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của đồng hồ, đặc biệt là đồng hồ cơ. Nhiệt độ có thể làm giãn nở hoặc co lại các chi tiết kim loại bên trong bộ máy, ảnh hưởng đến sự ăn khớp của bánh răng và tần số dao động của các bộ phận điều hòa.

Các nhà chế tác phải nghiên cứu kỹ lưỡng về tính chất vật liệu và sử dụng hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt thấp để giảm thiểu sai số do biến đổi nhiệt độ, đảm bảo đồng hồ hoạt động ổn định trong nhiều môi trường khác nhau.

5.5. Vật lý hiện đại (GPS, Smartwatch)

Trong kỷ nguyên công nghệ, các nhánh của Vật lý hiện đại đã đưa đồng hồ lên một tầm cao mới. Đồng hồ GPS (Global Positioning System) tích hợp công nghệ định vị vệ tinh, dựa trên Thuyết Tương Đối của Einstein để tính toán vị trí và thời gian một cách cực kỳ chính xác.

Smartwatch (đồng hồ thông minh) là sự kết hợp của nhiều nguyên lý vật lý: cảm biến sinh học (đo nhịp tim, oxy máu dựa trên quang học và điện), cảm biến chuyển động (gia tốc kế, con quay hồi chuyển), và công nghệ truyền thông không dây (Bluetooth, Wi-Fi) – tất cả đều là thành quả của vật lý hiện đại, mang lại những tính năng thông minh vượt trội.

Vật lý học không chỉ là một môn khoa học khô khan mà còn là chìa khóa vạn năng, mở ra cánh cửa giải mã những bí ẩn sâu thẳm của vũ trụ và định hình cuộc sống hiện đại. Từ những nguyên lý cơ bản đến các ứng dụng công nghệ tiên tiến, vật lý đã, đang và sẽ tiếp tục thúc đẩy sự tiến bộ của nhân loại.

Vật lý học là gì? Vật lý học được ứng dụng thế nào vào chế tác đồng hồ?