فیزیک (به زبان یونانی φύσις، طبیعت و φυσικῆ، دانش طبیعت) علم مطالعهٔ خواص طبیعت است. این علم را عموماً علم ماده (Matter) و حرکت و رفتار آن در فضا و زمان می‌دانند. این ماده می‌تواند از ذرات زیراتمی تا کهکشان‌ها و اجرام بسیار بزرگ آسمانی باشد. فیزیک از مفاهیمی مانند انرژی، نیرو، جرم، بار الکتریکی، جریان الکتریکی، میدان الکتریکی،الکترومغناطیس، فضا، زمان، اتم و نورشناسی استفاده می‌کند. اگر بطور وسیع‌تر سخن بگوییم، هدف اصلی علم فیزیک بررسی و تحلیل طبیعت است و همواره این علم در پی آن است که رفتار طبیعت را در شرایط گوناگون درک و پیش‌بینی کند.

فیزیک یکی از قدیمی‌ترین رشته‌های دانشگاهی است و شاید قدیمی‌ترین مبحث آن را بتوان نجوم و اخترشناسی نامید. مدارکی وجود دارد که نشان می‌دهد هزاران سال پیش از میلاد مسیح، اقوامی همچون سومری‌ها و همچنین اقوامی در مصر باستان و اطراف سند، تحقیقات و درک پیشگویانه‌ای (گمانه‌زنی‌هایی) از حرکت خورشید، ماه و ستارگان داشته‌اند.

در علم فیزیک، ما با سامانه‌های بسیار متفاوتی رو به رو هستیم، اما نظریه‌های اصلی که در هسته علم فیزیک قرار دارند، توسط همه فیزیک‌دانان مورد استفاده قرار می‌گیرند. در فیزیک کلاسیک، ما با نظریه‌هایی سروکار داریم که حرکت اشیاء که ابعاد و سرعت‌هایی که قابل تصور و عموماً آزمایش پذیرند را، پیش‌بینی و تحلیل می‌کنند. زمانی که صحبت از ابعاد قابل تصور برای عموم مردم می‌شود، منظور از ابعادی فرا اتمی و فرا ملکولی شروع می‌شود و تا ابعاد سیارات را در بر می‌گیرد و سرعت قابل تصور، عموماً سرعتی کمتر از سرعت نور است. اما هنگامی که سیستم‌های مورد بررسی ما، ابعادی فراتر از حد تصور ما به خود می‌گیرند، مثل منظومه‌ها، کهکشان‌ها و دیگر سیستم‌های عظیم ستاره‌ای و آسمانی یا ابعادی بسیار کوچک، مثل ابعادی زیر اتمی و حتی کوچکتر، فیزیک و مکانیک کلاسیک از خود ضعف نشان می‌دهد و دیگر قدرت پیش‌بینی و درک صحیح واقعیات را ندارد. به همین دلیل تئوری‌هایی که اینگونه سیستم‌ها را تحلیل می‌کنند، در حوزه فیزیک جدید صورت بندی می‌شود.
البته کاملاً بدیهی است، این تعاریفی که در اینجا ارائه می‌شود کاملاً شکلی عمومی دارند و در علم فیزیک، مرز واضحی میان فیزیک کلاسیک و فیزیک جدید به هیج وجه وجود ندارد. به صورتی که برخی از فیزیک دانان، فیزیک جدید را شکل تکامل یافته و تصحیح شده فیزیک کلاسیک می‌دانند، اما برخی از فیزیک‌دانان که مهم‌ترین آن‌ها ورنر کارل هایزنبرگبوده‌است، همان‌طور که در کتاب خود جز و کل می‌گوید، فیزیک کلاسیک یک مقوله کاملاً جدا، فرمول بندی شده، بدون ایراد و کامل است اما در حوزه سیستم‌های مورد بررسی خودش و نمی‌توان فیزیک جدید را شکل تکامل یافته فیزیک کلاسیک دانست.

هدف اصلی علم فیزیک توصیف تمام پدیده‌های طبیعی قابل مشاهده و غیرقابل مشاهده برای بشر، توسط مدل‌های ریاضی (به اصطلاح کمی‌کردن طبیعت) است. تا قبل از قرن بیستم، با دسته‌بندی پدیده‌های قابل مشاهده تا آن روز، فرض بر این بود که طبیعت از ذرات مادی تشکیل شده‌است و تمام پدیده‌ها به واسطهٔ دو نوع برهمکنش بین ذرات(برهمکنش‌های گرانشی و الکترومغناطیسی) رخ می‌دهند. برای توصیف این پدیده‌ها نظریه‌های زیر به تدریج شکل گرفته و تکامل یافتند:

• مکانیک کلاسیک (توصیف رفتار اجسامی که اندازه‌ای معمولی دارند و با سرعتی معمولی در حال حرکتند)
• الکترومغناطیس (توصیف رفتار مواد و اجسام دارای بار الکتریکی)
• ترمودینامیک و مکانیک آماری (توصیف پدیده‌های مرتبط با گرما بر حسب کمیت‌های ماکروسکوپی یا میکروسکوپی)

به مجموع این نظریه‌ها فیزیک کلاسیک گفته می‌شود.

در ابتدای قرن بیستم پدیده‌هایی مشاهده شدند که توسط این نظریه‌ها قابل توصیف نبودند.

بعد از پیشرفتهای بسیار بنیادین در ربع اول قرن بیستم، نظریه‌های فیزیکی با نظریه‌های کاملتری که این پدیده‌ها را نیز توصیف می‌کردند جایگزین گشتند. مهم‌ترین تغییر، تشکیل دو دینامیک متفاوت برای اجسام کوچک و اجسام بزرگ است. چون دینامیک اجسام بزرگ از لحاظ ساختاری و مفاهیم به دینامیک قبلی نزدیکی زیادی دارد (بر خلاف دینامیک اجسام ریز که ساختاری کاملاً متفاوت دارد) نظریه‌ها به دو دسته دینامیک کلاسیک اصلاح شده (با شالوده مکانیک نیوتنی) و مکانیک کوانتومی تقسیم شدند.
نظریه‌های دیگری درفیزیک مدرن به تدریج شکل گرفتند که عبارت اند از:

• نسبیت عام (برهمکنش گرانشی و دینامیک اجسام بزرگ)
• مکانیک کوانتومی (دینامیک اجسام ریز)
• مکانیک آماری (حرکت آماری ذرات بر پایه دینامیک کوانتومی)
• الکترودینامیک کلاسیک (برهمکنش الکترومغناطیسی و نسبیت خاص)

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه، اندازه گیری، تخمین

فصل دوم: توصیف حرکت: سینماتیک در یک بعد

فصل سوم: سینماتیک در دو و سه بعد: بردارها

فصل چهارم: دینامیک: قوانین حرکت نیوتن

فصل پنجم: استفاده از قوانین نیوتن: اصطکاک، حرکت دایره ای، نیروهای مقاوم

فصل ششم: جاذبه و تحلیل نیوتن (Gravitation and Newton’s Synthesis)

فصل هفتم: کار و انرژی

فصل هشتم: پایستگی انرژی

فصل نهم: تکانه خطی

فصل دهم: حرکت دورانی

فصل یازدهم: تکانه زاویه ای، دوران کلی (General Rotation)

فصل دوازدهم: تعادل استاتیک، الاستیسیته و شکستگی (Static Equilibrium; Elasticity and Fracture)

فصل سیزدهم: سیالات

فصل چهاردهم: نوسان ها

فصل پانزدهم: حرکت موج (Wave Motion)

فصل شانزدهم: صوت

فصل هفدهم: دما، انبساط حرارتی و قانون گاز کامل

فصل هجدهم: نظریه جنبشی گازها

فصل نوزدهم: گرما و قانون اول ترمودینامیک

فصل بیستم: قانون دوم ترمودینامیک

فصل بیست و یکم: بارهای الکتریکی و میدان الکتریکی

فصل بیست و دوم: قانون گاوس

فصل بیست و سوم: پتانسیل الکتریکی

فصل بیست و چهارم: ظرفیت، دی الکتریک ها، ذخیره انرژی الکتریکی

فصل بیست و پنجم: جریان الکتریکی و مقاومت

فصل بیست و ششم: مدارهای DC

فصل بیست و هفتم: مغناطیس

فصل بیست و هشتم: منابع میدان مغناطیسی

فصل بیست و نهم: القای الکترومغناطیسی و قانون فارادی

فصل سی ام: القا، نوسانات الکترومغناطیسی و مدارهای AC

فصل سی و یکم: معادلات ماکسول و امواج الکترومغناطیسی

فصل سی و دوم: نور: انعکاس و انکسار

فصل سی و سوم: عدسی ها و ابزارهای نوری

فصل سی و چهارم: طبیعت موجی نور: تداخل

فصل سی و پنجم: پراش و قطبش

فصل سی و ششم: نظریه نسبیت خاص

فصل سی و هفتم: نظریه اولیه کوانتوم و مدل های اتم

فصل سی و هشتم: مکانیک کوانتومی

فصل سی و نهم: مکانیک کوانتومی اتم ها

فصل چهلم: مولکول ها و جامدها

فصل چهل و یکم: فیزیک هسته ای و رادیواکتیویته

فصل چهل و دوم: انرژی هسته ای: تاثیرات و استفاده های تشعشع

فصل چهل و سوم: ذرات بنیادی

فصل چهل و چهارم: اخترفیزیک و کیهان شناسی