Introduktion till de viktigaste fysiska lagarna

Under åren har en sak forskare upptäckt att naturen i allmänhet är mer komplex än vi ger den kredit för. Fysikens lagar betraktas som grundläggande, även om många av dem hänvisar till idealiserade eller teoretiska system som är svåra att replikera i den verkliga världen.

Liksom andra vetenskapsområden bygger eller modifierar nya fysiklagar på befintliga lagar och teoretisk forskning. Albert Einsteins relativitetsteorin, som han utvecklade i början av 1900-talet, bygger på de teorier som först utvecklats mer än 200 år tidigare av Sir Isaac Newton.

Sir Isaac Newton's banbrytande arbete inom fysik publicerades först 1687 i sin bok "De matematiska principerna för naturfilosofi, "allmänt känd som" The Principia. "I det skisserade han teorier om allvar och rörelse. Hans fysiska tyngdlagen säger att ett objekt lockar ett annat objekt i direkt proportion till deras kombinerade massa och omvänt relaterat till kvadratet för avståndet mellan dem.

Newtons

• Första regel: Ett objekt kommer att förbli i vila eller i ett enhetligt rörelsetillstånd om inte det tillståndet ändras av en extern kraft.
• Andra regeln: Kraft är lika med förändringen i fart (massa gånger hastighet) över tid. Med andra ord är förändringsgraden direkt proportionell mot mängden kraft som appliceras.
• Tredje regel: För varje handling i naturen finns det en lika och motsatt reaktion.

Tillsammans utgör dessa tre principer som Newton skisserade grunden för klassisk mekanik, som beskriver hur kroppar uppträder fysiskt under påverkan av yttre krafter.

Albert Einstein introducerade sin berömda ekvation E = mc² i ett tidskriftinlämnande 1905 med titeln "On the Elektrodynamik av rörliga organ." Uppsatsen presenterade sin teori om speciell relativitet, baserad på två postulater:

• Relativitetsprincipen: Fysikens lagar är desamma för alla tröghetsreferenser.
• Principen om konstans för ljusets hastighet: Ljus sprider sig alltid genom ett vakuum med en bestämd hastighet, som är oberoende av den emitterande kroppens rörelsestillstånd.

Den första principen säger helt enkelt att fysiklagarna gäller lika för alla i alla situationer. Den andra principen är den viktigare. Det föreskrivs att ljusets hastighet i ett vakuum är konstant. Till skillnad från alla andra rörelser, mäts det inte annorlunda för observatörer i olika tröghetsramar.

De termodynamiklagar är faktiskt specifika manifestationer av lagen om bevarande av massenergi när det gäller termodynamiska processer. Fältet utforskades först på 1650-talet av Otto von Guericke i Tyskland och Robert Boyle och Robert Hooke i Storbritannien. Alla tre forskare använde vakuumpumpar, som von Guericke var banbrytande för att studera principerna för tryck, temperatur och volym.

• Thermodynamics Zeroeth-lag gör uppfattningen om temperatur möjlig.
• Termodynamikens första lag visar förhållandet mellan intern energi, extra värme och arbete i ett system.
• Den andra lagenav termodynamik hänför sig till det naturliga värmeflödet i ett slutet system.
• Den tredje lagenav termodynamik säger att det är omöjligt att skapa en termodynamisk process det är perfekt effektivt.

Två fysiklagar styr förhållandet mellan elektriskt laddade partiklar och deras förmåga att skapa elektrostatisk kraft och elektrostatiska fält.

• Coulombs lag heter efter Charles-Augustin Coulomb, en fransk forskare som arbetade på 1700-talet. Kraften mellan tvåpunktsladdningar är direkt proportionell mot storleken på varje laddning och omvänt proportionell mot kvadratet för avståndet mellan deras centrum. Om föremålen har samma laddning, positiv eller negativ, kommer de att avvisa varandra. Om de har motsatta avgifter, kommer de att locka varandra.
• Gauss lag heter efter Carl Friedrich Gauss, en tysk matematiker som arbetade i början av 1800-talet. Denna lag säger att nettoflödet för ett elektriskt fält genom en stängd yta är proportionell mot den slutna elektriska laddningen. Gauss föreslog liknande lagar om magnetism och elektromagnetism som helhet.

I relativitetsområdet och kvantmekanikhar forskare funnit att dessa lagar fortfarande gäller, även om deras tolkning kräver viss förfining för att resultera i fält som kvantelektronik och kvanttyngd.