Johdanto fysiikan tärkeimpiin lakeihin

Vuosien mittaan yksi asia, jonka tutkijat ovat havainneet, on, että luonto on yleensä monimutkaisempi kuin mitä me sille uskomme. Fysiikan lakeja pidetään perustavanlaatuisina, vaikka monet niistä viittaavat idealisoituihin tai teoreettisiin järjestelmiin, joita on vaikea toistaa todellisessa maailmassa.

Kuten muutkin tieteenalat, myös uudet fysiikan lait perustuvat tai muuttavat olemassa olevia lakeja ja teoreettista tutkimusta. Albert Einsteinin suhteellisuusteoria, jonka hän kehitti 1900-luvun alkupuolella, perustuu teorioihin, joita Sir Isaac Newton kehitti ensin yli 200 vuotta aikaisemmin.

Sir Isaac Newtonin uraauurtava fysiikan työ julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 1687 hänen kirjassaan "Luonnofilosofian matemaattiset periaatteet, "joka tunnetaan yleisesti nimellä" Principia ". Siinä hän esitteli teorioita painovoimasta ja liikkeestä. Hänen fyysinen painovoimalaki toteaa, että esine houkuttelee toisen esineen suoraan suhteessa niiden yhdistettyyn massaan ja kääntäen suhteessa niiden välisen etäisyyden neliöön.

Newtonin kolme liikettä, joka löytyy myös "Principiasta", hallitsevat kuinka fyysisten esineiden liike muuttuu. Ne määrittelevät kiihtyvyys esineen ja voimat toimien sen perusteella.

• Ensimmäinen sääntö: Kohde pysyy levossa tai tasaisessa liikkumistilassa, paitsi jos tilaa muutetaan ulkoisella voimalla.
• Toinen sääntö: Voima on yhtä suuri kuin muutos vauhdissa (massa kertaa nopeus) ajan myötä. Toisin sanoen muutosnopeus on suoraan verrannollinen käytetyn voiman määrään.
• Kolmas sääntö: Jokaisessa luonnossa tapahtuvassa toiminnassa on sama ja päinvastainen reaktio.

Yhdessä nämä kolme Newtonin esittämää periaatetta muodostavat klassisen mekaniikan perustan, joka kuvaa, kuinka ruumiit käyttäytyvät fyysisesti ulkopuolisten voimien vaikutuksesta.

Albert Einstein esitteli kuuluisan yhtälönsä E = mc² vuonna 1905 päivätyssä lehden otsikossa "Liikkuvien elinten sähköodynamiikasta". Artikkelissa esitettiin hänen teoriaan erityissuhteellisuudesta, joka perustui kahteen oletukseen:

• Suhteellisuusperiaate: Fysiikan lait ovat samat kaikille inertioille viitekehyksille.
• Valon nopeuden pysyvyyden periaate: Valo etenee aina tyhjiön kautta määrätyllä nopeudella, joka on riippumaton säteilevän kehon liikkumistilasta.

Ensimmäisessä periaatteessa sanotaan vain, että fysiikan lait pätevät yhtäläisesti kaikkiin tilanteisiin. Toinen periaate on tärkeämpi. Siinä määrätään, että valonnopeus tyhjiössä on jatkuva. Toisin kuin kaikki muut liiketyypit, sitä ei mitata eri tavoin tarkkailijoille, joilla on eri inertiaaliset viitekehykset.

termodynamiikan lait ovat oikeasti erityisiä ilmentymiä massaenergian säilyttämislakiin siltä osin kuin se liittyy termodynaamisiin prosesseihin. Kenttä tutkittiin ensimmäisen kerran 1650-luvulla Otto von Guericke Saksassa ja Robert Boyle ja Robert Hooke Isossa-Britanniassa. Kaikki kolme tutkijaa käyttivät tyhjiöpumppuja, jotka von Guericke oli edelläkävijä, tutkiakseen paineen, lämpötilan ja tilavuuden periaatteita.

• Termodynamiikan nollalaki tekee käsitteen lämpötila mahdollista.
• Termodynamiikan ensimmäinen laki osoittaa sisäisen energian, lisätyn lämmön ja järjestelmässä tapahtuvan työn välisen suhteen.
• Toinen lakitermodynamiikan tarkoittaa luonnollista lämpövirtausta suljetussa järjestelmässä.
• Kolmas lakitermodynamiikan toteaa, että on mahdotonta luoda a termodynaaminen prosessi se on täysin tehokasta.

Kaksi fysiikan lakia säätelevät sähköisesti varautuneiden hiukkasten ja niiden luomiskyvyn välistä suhdetta sähköstaattinen voima ja sähköstaattiset kentät.

• Coulombin laki on nimetty Charles-Augustin Coulombille, ranskalaiselle tutkijalle, joka työskenteli 1700-luvulla. Kahden pistevarauksen välinen voima on suoraan verrannollinen kunkin varauksen suuruuteen ja kääntäen verrannollinen niiden keskipisteiden välisen etäisyyden neliöön. Jos esineillä on sama positiivinen tai negatiivinen varaus, ne hylkivät toisiaan. Jos heillä on vastakkaisia ​​maksuja, he houkuttelevat toisiaan.
• Gaussin laki on nimetty Carl Friedrich Gaussille, saksalaiselle matemaatikolle, joka työskenteli 1800-luvun alkupuolella. Tämän lain mukaan sähkökentän nettovirtaus suljetun pinnan läpi on verrannollinen mukana olevaan sähkövaraukseen. Gauss ehdotti vastaavia lakeja, jotka koskevat magneettisuutta ja sähkömagneettisuutta kokonaisuutena.

Relatiivisuuden ja kvanttimekaniikka, tutkijat ovat havainneet, että näitä lakeja sovelletaan edelleen, vaikka niiden tulkinta vaatii jonkin verran tarkennusta, mikä johtaa sellaisiin aloihin kuin kvanttielektroniikka ja kvanttigravitaatio.