Bevezetés a fizika főbb törvényeihez

Az évek során a tudósok felfedezték az egyik dolgot, hogy a természet általában összetettebb, mint amennyire hitelt adunk neki. A fizika törvényeit alapvető fontosságúnak tekintik, bár ezek közül sok olyan idealizált vagy elméleti rendszerekre vonatkozik, amelyeket a valóságban nehéz megismételni.

Más tudományterületekhez hasonlóan az új fizikai törvények a meglévő törvényekre és az elméleti kutatásokra épülnek vagy módosulnak. Albert Einsteiné relativitás-elmélet, amelyet az 1900-as évek elején fejlesztett ki, azokra az elméletekre épül, amelyeket Sir Isaac Newton több mint 200 évvel korábban fejlesztett ki.

Sir Isaac Newtoné A fizika úttörő munkáját először 1687-ben tették közzé könyvében "A természetes filozófia matematikai alapelvei", amelyet általában a" Principia "néven ismertek. Ebben benne vázolta a gravitáció és a mozgás elméleteit. A fizikai a gravitáció törvénye kijelenti, hogy egy tárgy vonzza egy másik tárgyat, közvetlenül arányukban a kombinált tömegükkel és fordítva a köztük levõ távolság négyzetével.

Newton három mozgási törvény, amely a "Principia" című részben található, a fizikai tárgyak mozgásának változását szabályozzák. Meghatározzák a gyorsulás egy tárgy és a erők viselkedni rajta.

• Első szabály: Egy tárgy nyugalomban vagy egyenletes mozgásban marad, kivéve, ha ezt az állapotot külső erő változtatja meg.
• Második szabály: Az erő megegyezik a lendület (tömeg és sebesség) időbeli változásával. Más szavakkal, a változás mértéke közvetlenül arányos az alkalmazott erő mennyiségével.
• Harmadik szabály: A természetben végzett minden cselekedetnek egyenlő és ellentétes reakció van.

A Newton által felvázolt három alapelv együttesen képezi a klasszikus mechanika alapját, amely leírja, hogy a testek hogyan viselkednek fizikailag külső erők befolyása alatt.

Albert Einstein bemutatta híres egyenletét E = mc² egy 1905-ös folyóiratbeadványban, melynek címe: "A mozgó testek elektrodinamikájáról." A cikk két posztuláció alapján ismertette a speciális relativitáselmélet elméletét:

• A relativitás elve: A fizika törvényei azonosak minden inerciális referenciakeret esetében.
• A fénysebesség állandóságának elve: A fény mindig vákuumban terjed egy meghatározott sebességgel, amely független a sugárzó test mozgási állapotától.

Az első elv egyszerűen azt mondja, hogy a fizika törvényei minden helyzetre egyenlően vonatkoznak minden helyzetben. A második elv a fontosabb. Ez előírja, hogy a fénysebesség vákuumban van állandó. A mozgás minden más formájától eltérően, a különféle tehetetlenségi referenciakeretekben a megfigyelőknél nem mérik különbözõen.

Az termodinamikai törvények a termodinamikai folyamatokra vonatkoztatott tömeg-energia megőrzési törvény konkrét megnyilvánulása. A mezőt először az 1650-es években fedezték fel Otto von Guericke (Németország), Robert Boyle és Robert Hooke (Nagy-Britannia). Mindhárom tudós vákuumszivattyúkat használt, amelyek von Guericke úttörője volt, hogy megvizsgálják a nyomás, a hőmérséklet és a térfogat alapelveit.

• A termodinamika nulla törvénye fogalmazza meg hőfok lehetséges.
• A termodinamika első törvénye bemutatja a belső energia, a hozzáadott hő és a rendszeren belüli munka közötti kapcsolatot.
• A második törvénytermodinamika a természetes hőáramlásra vonatkozik egy zárt rendszerben.
• A harmadik törvénytermodinamika kijelenti, hogy lehetetlen létrehozni a termodinamikai folyamat ez tökéletesen hatékony.

Két fizikai törvény szabályozza az elektromosan töltött részecskék és képességük közötti kapcsolatot elektrosztatikus erő és elektrosztatikus mezők.

• Coulomb törvénye Charles-Augustin Coulomb, az 1700-as években dolgozó francia kutató nevét kapta. A két pont töltés közötti erő közvetlenül arányos az egyes töltések nagyságával és fordítva arányos a középpontjaik közötti távolság négyzetével. Ha az objektumok azonos, pozitív vagy negatív töltéssel rendelkeznek, akkor taszítják egymást. Ha ellentétes díjak vannak, vonzzák egymást.
• Gauss törvénye Carl Friedrich Gauss német matematikusnak nevezték el, aki a 19. század elején dolgozott. Ez a törvény kimondja, hogy az elektromos mező nettó áramlása egy zárt felületen arányos a zárt elektromos töltéssel. Gauss hasonló törvényeket javasolt a mágnesességre és az egész elektromágnesességre vonatkozóan.

A relativitás és a kvantummechanika, a tudósok megállapították, hogy ezek a törvények továbbra is alkalmazandók, bár értelmezésükhöz bizonyos finomításokat kell alkalmazni, amelyek olyan területeket eredményeznek, mint a kvantum elektronika és a kvantum gravitáció.