Wprowadzenie do głównych praw fizyki

Science Picture Co / Getty Images

Z biegiem lat naukowcy odkryli, że natura jest ogólnie bardziej złożona, niż nam się to przypisuje. Prawa fizyki uważane są za fundamentalne, chociaż wiele z nich odnosi się do systemów wyidealizowanych lub teoretycznych, które są trudne do odtworzenia w świecie rzeczywistym.

Podobnie jak inne dziedziny nauki, nowe prawa fizyki opierają się na istniejących prawach i badaniach teoretycznych lub je modyfikują. Alberta Einsteina teoria względności , który opracował na początku XX wieku, opiera się na teoriach opracowanych po raz pierwszy ponad 200 lat wcześniej przez Sir Isaaca Newtona.

Prawo Uniwersalnej Grawitacji

Sir Isaaca Newtona przełomowa praca z fizyki została po raz pierwszy opublikowana w 1687 roku w jego książce ' Matematyczne zasady filozofii naturalnej ”, powszechnie znany jako „Principia”. Nakreślił w nim teorie dotyczące grawitacji i ruchu. Jego fizyczne prawo grawitacji stwierdza, że ​​obiekt przyciąga inny obiekt wprost proporcjonalnie do ich łącznej masy i odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości między nimi.

Trzy prawa ruchu

Newtona trzy prawa ruchu , znalezione również w „The Principia”, określają, w jaki sposób zmienia się ruch obiektów fizycznych. Określają fundamentalną relację między przyśpieszenie obiektu i siły działając na jego podstawie.

Pierwsza zasada: Obiekt pozostanie w spoczynku lub w jednolitym stanie ruchu, chyba że stan ten zostanie zmieniony przez siłę zewnętrzną.Druga zasada: Siła jest równa zmianie pędu (masa razy prędkość) w czasie. Innymi słowy, tempo zmian jest wprost proporcjonalne do zastosowanej siły.Trzecia zasada: Na każde działanie w naturze istnieje równa i przeciwna reakcja.

Razem te trzy zasady, które nakreślił Newton, stanowią podstawę mechaniki klasycznej, która opisuje, jak ciała zachowują się fizycznie pod wpływem sił zewnętrznych.

Zachowanie masy i energii

Albert Einstein przedstawił swoje słynne równanie E = mc^dwa w zgłoszeniu do czasopisma z 1905 roku zatytułowanym „O elektrodynamice ciał w ruchu”. Artykuł przedstawił jego teorię szczególnej teorii względności, opartą na dwóch postulatach:

Zasada względności: Prawa fizyki są takie same dla wszystkich bezwładnościowych układów odniesienia.Zasada stałości prędkości światła: Światło zawsze rozchodzi się w próżni z określoną prędkością, która jest niezależna od stanu ruchu emitującego ciała.

Pierwsza zasada mówi po prostu, że prawa fizyki stosują się jednakowo do wszystkich we wszystkich sytuacjach. Druga zasada jest ważniejsza. Stanowi, że prędkość światła w próżni jest stały . W przeciwieństwie do wszystkich innych form ruchu, nie jest on mierzony inaczej dla obserwatorów w różnych inercjalnych układach odniesienia.

Prawa termodynamiki

The prawa termodynamiki są właściwie konkretnymi przejawami prawa zachowania energii masy w odniesieniu do procesów termodynamicznych. Pole zostało po raz pierwszy zbadane w latach 50. XVII wieku przez Otto von Guericke w Niemczech oraz Roberta Boyle'a i Roberta Hooke'a w Wielkiej Brytanii. Wszyscy trzej naukowcy używali pomp próżniowych, których pionierem był von Guericke, do badania zasad ciśnienia, temperatury i objętości.

Zerowe prawo termodynamikisprawia, że ​​pojęcietemperaturamożliwy. Pierwsza zasada termodynamikipokazuje związek między energią wewnętrzną, dodanym ciepłem i pracą w systemie. Drugie Prawo termodynamiki odnosi się do naturalnego przepływu ciepła w systemie zamkniętym. Trzecie Prawo termodynamiki stwierdza, że ​​nie da się stworzyć proces termodynamiczny to jest doskonale wydajne.

Prawa elektrostatyczne

Dwa prawa fizyki regulują związek między elektrycznie naładowanymi cząstkami a ich zdolnością do tworzeniasiła elektrostatycznai pola elektrostatyczne.

Prawo Coulombanosi imię Charlesa-Augustina Coulomba, francuskiego badacza pracującego w XVIII wieku. Siła między dwoma ładunkami punktowymi jest wprost proporcjonalna do wielkości każdego ładunku i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami. Jeśli przedmioty mają ten sam ładunek, dodatni lub ujemny, będą się odpychać. Jeśli mają przeciwne ładunki, będą się przyciągać.Prawo Gaussanosi imię Carla Friedricha Gaussa, niemieckiego matematyka, który pracował na początku XIX wieku. To prawo mówi, że przepływ netto pola elektrycznego przez zamkniętą powierzchnię jest proporcjonalny do zamkniętego ładunku elektrycznego. Gauss zaproponował podobne prawa odnoszące się do magnetyzmu i elektromagnetyzmu jako całości.

Poza fizyką podstawową

W sferze względności i mechanika kwantowa , naukowcy odkryli, że prawa te nadal obowiązują, chociaż ich interpretacja wymaga pewnych udoskonaleń, co prowadzi do takich dziedzin, jak elektronika kwantowa i grawitacja kwantowa.