Introducere în Legile majore ale fizicii

De-a lungul anilor, un lucru pe care oamenii de știință l-au descoperit este că natura este în general mai complexă decât îi acordăm credit. Legile fizicii sunt considerate fundamentale, deși multe dintre ele se referă la sisteme idealizate sau teoretice greu de replicat în lumea reală.

Ca și alte domenii ale științei, noile legi ale fizicii se bazează pe sau modifică legile existente și cercetarea teoretică. Teoria relativității lui Albert Einstein, pe care a dezvoltat-o ​​la începutul anilor 1900, se bazează pe teoriile dezvoltate pentru prima dată cu peste 200 de ani mai devreme de Sir Isaac Newton.

Legea gravitației universale

Lucrările de bază ale lui Sir Isaac Newton în fizică au fost publicate pentru prima dată în 1687 în cartea sa „Principiile matematice ale filozofiei naturale”, cunoscută în mod obișnuit ca „Principia”. În el, el a prezentat teoriile despre gravitație și mișcare. Legea sa fizică a gravitației afirmă că un obiect atrage un alt obiect în proporție directă cu masa lor combinată și invers legat de pătratul distanței dintre ele.

Trei legi ale mișcării

Cele trei legi ale mișcării Newton, regăsite și în „Principia”, guvernează modul în care se schimbă mișcarea obiectelor fizice. Ei definesc relația fundamentală dintre accelerația unui obiect și forțele care acționează asupra lui.

• Prima regulă: Un obiect va rămâne în repaus sau într-o stare uniformă de mișcare, decât dacă acea stare este schimbată de o forță externă. 
• Regula a doua: Forța este egală cu schimbarea în moment (viteza de masă a timpului) în timp. Cu alte cuvinte, rata schimbării este direct proporțională cu forța aplicată. 
• A treia regulă: Pentru fiecare acțiune din natură există o reacție egală și opusă. 

Împreună, aceste trei principii pe care Newton le-a conturat stau la baza mecanicii clasice, care descrie modul în care corpurile se comportă fizic sub influența forțelor exterioare.

Conservarea masei și a energiei

Albert Einstein a introdus celebra sa ecuație E = mc2 într-o revistă din 1905, intitulată „Despre electrodinamica corpurilor în mișcare”. Lucrarea a prezentat teoria sa relativității speciale, bazată pe două postulate:

• Principiul relativității: Legile fizicii sunt aceleași pentru toate cadrele de referință inerțiale. 
• Principiul de constanță al vitezei luminii: Lumina se propagă întotdeauna printr-un vid la o viteză determinată, care este independentă de starea de mișcare a corpului emitent.

Primul principiu spune pur și simplu că legile fizicii se aplică în mod egal tuturor în toate situațiile. Al doilea principiu este cel mai important. Acesta prevede că viteza luminii într-un vid este constantă. Spre deosebire de toate celelalte forme de mișcare, aceasta nu este măsurată diferit pentru observatori în diferite cadre inerțiale de referință.

Legile termodinamicii

Legile termodinamicii sunt de fapt manifestări specifice ale legii conservării energiei de masă, în ceea ce privește procesele termodinamice. Câmpul a fost explorat pentru prima dată în anii 1650 de Otto von Guericke în Germania și Robert Boyle și Robert Hooke în Marea Britanie. Toți cei trei oameni de știință au folosit pompe de vid, pe care von Guericke a fost pionier, pentru a studia principiile presiunii, temperaturii și volumului.

• Legea Zeroeth a Termodinamicii face posibilă noțiunea de temperatură.
• Prima lege a termodinamicii demonstrează relația dintre energia internă, căldură adăugată și lucru în cadrul unui sistem.
• A doua lege de termodinamică se referă la fluxul natural de căldură într-un sistem închis.
• A treia lege de termodinamică afirmă că este imposibil să se creeze un proces termodinamic care să fie perfect eficient.

Legi electrostatice

Două legi ale fizicii guvernează relația dintre particulele încărcate electric și capacitatea lor de a crea forța electrostatică și câmpurile electrostatice. 

• Legea lui Coulomb este numit pentru Charles-Augustin Coulomb, un cercetător francez care lucrează în anii 1700. Forța dintre sarcinile în două puncte este direct proporțională cu mărimea fiecărei încărcări și invers proporțională cu pătratul distanței dintre centrele lor. Dacă obiectele au aceeași încărcătură, pozitivă sau negativă, se vor respinge reciproc. Dacă au taxe opuse, se vor atrage reciproc.
• Legea lui Gauss este numit pentru Carl Friedrich Gauss, un matematician german care a lucrat la începutul secolului al XIX-lea. Această lege prevede că fluxul net al unui câmp electric pe o suprafață închisă este proporțional cu sarcina electrică închisă. Gauss a propus legi similare referitoare la magnetism și electromagnetism în ansamblu.

Dincolo de fizica de bază

Pe tărâmul relativității și mecanicii cuantice, oamenii de știință au descoperit că aceste legi se aplică în continuare, deși interpretarea lor necesită o anumită perfecționare, ceea ce duce la câmpuri precum electronica cuantică și gravitația cuantică.