Introduksjon til fysikkens hovedlover

Science Picture Co / Getty Images

I løpet av årene har en ting forskere har oppdaget at naturen generelt er mer kompleks enn vi gir den æren for. Fysikkens lover anses som grunnleggende, selv om mange av dem refererer til idealiserte eller teoretiske systemer som er vanskelige å gjenskape i den virkelige verden.

Som andre vitenskapsfelt bygger nye fysikklover på eller modifiserer eksisterende lover og teoretisk forskning. Albert Einsteins relativitetsteorien , som han utviklet på begynnelsen av 1900-tallet, bygger på teoriene som først ble utviklet mer enn 200 år tidligere av Sir Isaac Newton.

Loven om universell gravitasjon

Sir Isaac Newtons banebrytende arbeid i fysikk ble først publisert i 1687 i boken hans ' De matematiske prinsippene for naturfilosofi ,' vanligvis kjent som 'The Principia.' I den skisserte han teorier om tyngdekraft og bevegelse. Hans fysiske tyngdeloven sier at et objekt tiltrekker seg et annet objekt i direkte proporsjon med deres kombinerte masse og omvendt relatert til kvadratet på avstanden mellom dem.

Tre bevegelseslover

Newtons tre bevegelseslover , også funnet i 'The Principia', styrer hvordan bevegelsen til fysiske objekter endres. De definerer det grunnleggende forholdet mellom akselerasjon av en gjenstand og krefter handler på det.

Første regel: Et objekt vil forbli i ro eller i en jevn bevegelsestilstand med mindre den tilstanden endres av en ekstern kraft.Andre regel: Kraft er lik endringen i momentum (masse ganger hastighet) over tid. Med andre ord er endringshastigheten direkte proporsjonal med mengden kraft som brukes.Tredje regel: For hver handling i naturen er det en lik og motsatt reaksjon.

Sammen danner disse tre prinsippene som Newton skisserte grunnlaget for klassisk mekanikk, som beskriver hvordan kropper oppfører seg fysisk under påvirkning av ytre krefter.

Bevaring av masse og energi

Albert Einstein introduserte sin berømte ligning E = mc^to i en journalinnsending fra 1905 med tittelen 'On the Electrodynamics of Moving Bodies'. Artikkelen presenterte hans teori om spesiell relativitet, basert på to postulater:

Relativitetsprinsippet: Fysikkens lover er de samme for alle treghetsreferanserammer.Prinsippet om konstant lyshastighet: Lys forplanter seg alltid gjennom et vakuum med en bestemt hastighet, som er uavhengig av bevegelsestilstanden til det emitterende legemet.

Det første prinsippet sier ganske enkelt at fysikkens lover gjelder likt for alle i alle situasjoner. Det andre prinsippet er det viktigste. Den fastsetter at lysets hastighet i et vakuum er konstant . I motsetning til alle andre former for bevegelse, måles den ikke annerledes for observatører i forskjellige treghetsreferanserammer.

Termodynamikkens lover

De termodynamikkens lover er faktisk spesifikke manifestasjoner av loven om bevaring av masseenergi når det gjelder termodynamiske prosesser. Feltet ble først utforsket på 1650-tallet av Otto von Guericke i Tyskland og Robert Boyle og Robert Hooke i Storbritannia. Alle tre forskerne brukte vakuumpumper, som von Guericke var pioner for å studere prinsippene for trykk, temperatur og volum.

Nullloven for termodynamikkgjør forestillingen omtemperaturmulig. Den første loven om termodynamikkdemonstrerer forholdet mellom intern energi, tilført varme og arbeid i et system. Den andre loven av termodynamikk relaterer seg til den naturlige varmestrømmen i et lukket system. Den tredje loven av termodynamikk sier at det er umulig å lage en termodynamisk prosess det er helt effektivt.

Elektrostatiske lover

To fysikklover styrer forholdet mellom elektrisk ladede partikler og deres evne til å skapeelektrostatisk kraftog elektrostatiske felt.

Coulombs lover oppkalt etter Charles-Augustin Coulomb, en fransk forsker som arbeidet på 1700-tallet. Kraften mellom to punktladninger er direkte proporsjonal med størrelsen på hver ladning og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom sentrene deres. Hvis objektene har samme ladning, positiv eller negativ, vil de frastøte hverandre. Hvis de har motsatte ladninger, vil de tiltrekke seg hverandre.Gauss lover oppkalt etter Carl Friedrich Gauss, en tysk matematiker som arbeidet tidlig på 1800-tallet. Denne loven sier at nettostrømmen av et elektrisk felt gjennom en lukket overflate er proporsjonal med den innesluttede elektriske ladningen. Gauss foreslo lignende lover knyttet til magnetisme og elektromagnetisme som helhet.

Utover grunnleggende fysikk

I relativitetsteorien og kvantemekanikk , har forskere funnet ut at disse lovene fortsatt gjelder, selv om deres tolkning krever en viss raffinement som skal brukes, noe som resulterer i felt som kvanteelektronikk og kvantetyngdekraft.