Legile fizicii: introducere în principalele legi ale fizicii

De-a lungul timpului, cercetătorii au descoperit că natura este mult mai complexă decât ne-am fi imaginat. Legile fizicii, deși considerate fundamentale, se bazează adesea pe sisteme idealizate sau teoretice, dificil de replicat cu exactitate în lumea reală. Chiar dacă probabil ați studiat aceste legi la liceu sau facultate, ele au fost cercetate și validate de-a lungul secolelor.

În fizică, la fel ca în alte domenii științifice, noile teorii se construiesc pe baza celor existente sau le modifică. De exemplu, teoria relativității a lui Albert Einstein, dezvoltată la începutul secolului al XX-lea, se fundamentează pe ideile propuse cu peste 200 de ani înainte de Sir Isaac Newton.

Legea gravitației universale

Contribuția revoluționară a lui Isaac Newton în fizică a fost publicată pentru prima dată în anul 1687, în lucrarea sa „Principiile matematice ale filosofiei naturale”, cunoscută sub numele de „Principia”. În aceasta, Newton a formulat teoria gravitației și legile mișcării.

Legea gravitației universale afirmă că orice două obiecte se atrag reciproc cu o forță direct proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.^[sursa]

Legile fizicii: cele trei legi ale mișcării

Newton a formulat și cele trei legi fundamentale ale mișcării, tot în „Principia”. Acestea descriu modul în care se modifică mișcarea obiectelor fizice și relația dintre accelerație și forțele exercitate asupra unui obiect.

• Prima lege: Un obiect va rămâne în repaus sau va continua să se miște uniform în linie dreaptă, atâta timp cât nu acționează asupra lui o forță exterioară;
• A doua lege: Forța aplicată unui obiect este egală cu schimbarea impulsului său (produsul dintre masă și viteză) în timp. Cu alte cuvinte, accelerația unui obiect este direct proporțională cu forța aplicată și invers proporțională cu masa sa;
• A treia lege: Pentru orice acțiune există o reacțiune egală și opusă.

Aceste trei legi formează baza mecanicii clasice, care descrie comportamentul obiectelor sub acțiunea forțelor externe.

Conservarea masei și a energiei

Albert Einstein a introdus faimoasa sa ecuație, E = mc², într-o lucrare din anul 1905, intitulată „Despre electrodinamica corpurilor în mișcare”. Aceasta prezenta teoria relativității restrânse, fundamentată pe două postulate:

1. Principiul relativității: Legile fizicii sunt aceleași în toate cadrele de referință inerțiale;
2. Principiul constanței vitezei luminii: Viteza luminii în vid este constantă și independentă de mișcarea sursei de lumină.

Primul principiu afirmă că legile fizicii se aplică în mod egal în toate situațiile, în timp ce al doilea, cel mai notabil, subliniază că viteza luminii este invariabilă, indiferent de cadrul de referință al observatorului.

Legile termodinamicii

Legile termodinamicii sunt, de fapt, expresii ale principiului conservării masei și energiei, aplicate proceselor termice. Aceste legi au început să fie studiate în anii 1650 de către Otto von Guericke în Germania, și Robert Boyle și Robert Hooke în Marea Britanie, care au utilizat pompe de vid pentru a investiga interacțiunea dintre presiune, temperatură și volum.

1. A zecea lege a termodinamicii definește noțiunea de temperatură;
2. Prima lege a termodinamicii exprimă relația dintre energia internă a unui sistem, căldura introdusă și lucrul mecanic efectuat;
3. A doua lege a termodinamicii se referă la direcția fluxului natural de căldură într-un sistem izolat;
4. A treia lege a termodinamicii afirmă că este imposibil să se atingă eficiență maximă într-un proces termodinamic.

Legile electrostatice

Două legi esențiale descriu interacțiunea dintre particulele încărcate electric și modul în care acestea generează câmpuri și forțe electrostatice:

• Legea lui Coulomb, denumită după Charles-Augustin Coulomb, descrie forța electrostatică dintre două sarcini punctuale ca fiind direct proporțională cu mărimea sarcinilor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Sarcinile de același semn se resping, în timp ce sarcinile opuse se atrag;
• Legea lui Gauss, formulată de Carl Friedrich Gauss, afirmă că fluxul net al câmpului electric printr-o suprafață închisă este proporțional cu sarcina electrică totală închisă în acea suprafață. Gauss a extins această lege și la magnetism și electromagnetism.

Dincolo de legile fundamentale ale fizicii

În domeniile relativității și mecanicii cuantice, s-a demonstrat că aceste legi continuă să fie valabile, dar interpretarea lor necesită ajustări subtile pentru a explica fenomene precum gravitația cuantică sau electronica cuantică.