Úvod do hlavných fyzikálnych zákonov

Science Picture Co / Getty Images

V priebehu rokov vedci zistili jednu vec, a to, že príroda je vo všeobecnosti zložitejšia, ako jej pripisujeme uznanie. Fyzikálne zákony sa považujú za základné, hoci mnohé z nich odkazujú na idealizované alebo teoretické systémy, ktoré je ťažké replikovať v reálnom svete.

Podobne ako iné oblasti vedy, aj nové fyzikálne zákony stavajú na existujúcich zákonoch a teoretickom výskume alebo ich upravujú. Alberta Einsteina teória relativity , ktorý vyvinul na začiatku 20. storočia, stavia na teóriách, ktoré po prvý raz vyvinul o viac ako 200 rokov skôr Sir Isaac Newton.

Zákon univerzálnej gravitácie

Sir Isaac Newton prelomová práca vo fyzike bola prvýkrát publikovaná v roku 1687 v jeho knihe „ Matematické princípy prírodnej filozofie “, bežne známy ako „Princíp“. V ňom načrtol teórie o gravitácii a pohybe. Jeho fyzické zákon gravitácie uvádza, že objekt priťahuje iný objekt priamo úmerne k ich kombinovanej hmotnosti a nepriamo úmerne k druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi.

Tri zákony pohybu

Newtonov tri zákony pohybu , tiež nájdené v 'The Principia', určujú, ako sa mení pohyb fyzických objektov. Definujú základný vzťah medzi zrýchlenie objektu a sily konať podľa toho.

Prvé pravidlo: Objekt zostane v pokoji alebo v rovnomernom stave pohybu, pokiaľ tento stav nezmení vonkajšia sila.Druhé pravidlo: Sila sa rovná zmene hybnosti (hmotnosť krát rýchlosť) v priebehu času. Inými slovami, rýchlosť zmeny je priamo úmerná množstvu použitej sily.Tretie pravidlo: Na každú akciu v prírode existuje rovnaká a opačná reakcia.

Spoločne tieto tri princípy, ktoré načrtol Newton, tvoria základ klasickej mechaniky, ktorá popisuje, ako sa telesá správajú fyzicky pod vplyvom vonkajších síl.

Zachovanie hmoty a energie

Albert Einstein predstavil svoju slávnu rovnicu E = mc^dva v časopise z roku 1905 s názvom „O elektrodynamike pohybujúcich sa telies“. Článok predstavil svoju teóriu špeciálnej relativity založenú na dvoch postulátoch:

Princíp relativity: Fyzikálne zákony sú rovnaké pre všetky inerciálne referenčné sústavy.Princíp stálosti rýchlosti svetla: Svetlo sa vždy šíri vo vákuu určitou rýchlosťou, ktorá je nezávislá od stavu pohybu emitujúceho telesa.

Prvý princíp jednoducho hovorí, že fyzikálne zákony platia rovnako pre každého vo všetkých situáciách. Druhý princíp je dôležitejší. Stanovuje, že rýchlosť svetla vo vákuu je konštantný . Na rozdiel od všetkých ostatných foriem pohybu sa pre pozorovateľov v rôznych inerciálnych referenčných sústavách nemeria inak.

Zákony termodynamiky

The zákony termodynamiky sú vlastne špecifickými prejavmi zákona zachovania hmoty-energie v súvislosti s termodynamickými procesmi. Toto pole prvýkrát preskúmali v 50. rokoch 17. storočia Otto von Guericke v Nemecku a Robert Boyle a Robert Hooke v Británii. Všetci traja vedci použili vákuové pumpy, ktorých priekopníkom bol von Guericke, na štúdium princípov tlaku, teploty a objemu.

Nultý zákon termodynamikyvytvára predstavuteplotamožné. Prvý zákon termodynamikydemonštruje vzťah medzi vnútornou energiou, pridaným teplom a prácou v systéme. Druhý zákon z termodynamiky sa týka prirodzeného toku tepla v uzavretom systéme. Tretí zákon z termodynamiky uvádza, že nie je možné vytvoriť a termodynamický proces to je dokonale efektívne.

Elektrostatické zákony

Vzťah medzi elektricky nabitými časticami a ich schopnosťou vytvárať sa riadia dva zákony fyzikyelektrostatická silaa elektrostatické polia.

Coulombov zákonje pomenovaný po Charlesovi-Augustinovi Coulombovi, francúzskom výskumníkovi, ktorý pracoval v 18. storočí. Sila medzi dvoma bodovými nábojmi je priamo úmerná veľkosti každého náboja a nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi ich stredmi. Ak majú predmety rovnaký náboj, kladný alebo záporný, budú sa navzájom odpudzovať. Ak majú opačné náboje, budú sa navzájom priťahovať.Gaussov zákonje pomenovaný po Carlovi Friedrichovi Gaussovi, nemeckom matematikovi, ktorý pracoval na začiatku 19. storočia. Tento zákon hovorí, že čistý tok elektrického poľa cez uzavretý povrch je úmerný uzavretému elektrickému náboju. Gauss navrhol podobné zákony týkajúce sa magnetizmu a elektromagnetizmu ako celku.

Nad rámec základnej fyziky

V oblasti relativity a kvantová mechanika , vedci zistili, že tieto zákony stále platia, aj keď ich interpretácia si vyžaduje určité spresnenie, čo má za následok oblasti ako kvantová elektronika a kvantová gravitácia.