مقالات في الفيزياء

5 قوانين رئيسية في الفيزياء

على مر السنين، اكتشف العلماء شيئًا واحدًا وهو أن الطبيعة بشكل عام أكثر تعقيدًا مما نعتقد. تعتبر قوانين الفيزياء أساسية، على الرغم من أن العديد منها يشير إلى أنظمة مثالية أو نظرية يصعب تكرارها في العالم الحقيقي.

مثل مجالات العلوم الأخرى، تبني قوانين الفيزياء الجديدة أو تعديل القوانين الحالية والبحوث النظرية. على سبيل المثال، تعتمد نظرية النسبية لألبرت أينشتاين، التي طورها في أوائل القرن العشرين، على النظريات التي طورها السير إسحاق نيوتن قبل أكثر من 200 عام.

(1) قانون الجاذبية العالمية

نُشر عمل السير إسحاق نيوتن الرائد في الفيزياء لأول مرة عام 1687 في كتابه “المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية”، المعروف باسم “المبادئ”. في ذلك، أوضح نظريات حول الجاذبية والحركة. ينص قانون الجاذبية الفيزيائي الخاص به على أن الجسم يجذب جسمًا آخر يتناسب بشكل مباشر مع كتلته ويرتبط عكسيًا مع مربع المسافة بينهما.

اعلانات جوجل

(2) ثلاثة قوانين للحركة

قوانين نيوتن الثلاثة للحركة، والموجودة أيضًا في كتاب “المبادئ”، تحكم كيفية تغير حركة الأشياء المادية. وهذه القوانين تحدد العلاقة الأساسية بين تسارع الجسم والقوى المؤثرة عليه.

القاعدة الأولى: سيبقى الجسم في حالة سكون أو في حالة حركة ما لم يتم تغيير تلك الحالة بواسطة قوة خارجية.

القاعدة الثانية: القوة تساوي التغير في الزخم أو كمية الحركة (الكتلة مضروبة في السرعة) بمرور الوقت. وبعبارة أخرى، فإن معدل التغيير يتناسب طرديا مع مقدار القوة المطبقة.

القاعدة الثالثة: لكل فعل في الطبيعة رد فعل متساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.

تشكل هذه المبادئ الثلاثة التي حددها نيوتن معًا أساس الميكانيكا الكلاسيكية، والتي تصف كيف تتصرف الأجسام جسديًا تحت تأثير القوى الخارجية.

(3) حفظ الكتلة والطاقة

قدم ألبرت أينشتاين معادلته الشهيرة E = mc2 في مقال في مجلة عام 1905 بعنوان “في الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة”. قدمت الورقة نظريته في النسبية الخاصة، بناءً على افتراضين:

مبدأ النسبية: قوانين الفيزياء متكافئة نفسها لجميع الأطر المرجعية.

مبدأ ثبات سرعة الضوء: ينتشر الضوء دائمًا من خلال فراغ بسرعة محددة، مستقلة عن حالة حركة الجسم الباعث.

المبدأ الأول يقول ببساطة أن قوانين الفيزياء تنطبق بالتساوي على الجميع في جميع المواقف. المبدأ الثاني هو الأكثر أهمية. تنص على أن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة. على عكس جميع أشكال الحركة الأخرى، لا يتم قياسها بشكل مختلف للمراقبين في إطارات مرجعية بالقصور الذاتي المختلفة.

اعلانات جوجل

(4) قوانين الديناميكا الحرارية

قوانين الديناميكا الحرارية هي في الواقع مظاهر محددة لقانون الحفاظ على كتلة الطاقة من حيث صلتها بالعمليات الديناميكية الحرارية. تم اكتشاف الحقل لأول مرة في خمسينيات القرن السادس عشر بواسطة أوتو فون جيريك في ألمانيا وروبرت بويل وروبرت هوك في بريطانيا. استخدم العلماء الثلاثة مضخات التفريغ، التي ابتكرها فون جيريك، لدراسة مبادئ الضغط ودرجة الحرارة والحجم.

يؤسس القانون الصفري للديناميكا الحرارية مفهوم درجة الحرارة.

يوضح القانون الأول للديناميكا الحرارية العلاقة بين الطاقة الداخلية والحرارة المضافة والشغل داخل النظام.

يتعلق القانون الثاني للديناميكا الحرارية بالتدفق الطبيعي للحرارة داخل نظام مغلق.

ينص القانون الثالث للديناميكا الحرارية على أنه من المستحيل إنشاء عملية ديناميكية حرارية فعالة تمامًا.

(5) قوانين الكهرباء الساكنة

يحكم قانونان فيزيائيان العلاقة بين الجسيمات المشحونة كهربائيًا وقدرتها على توليد القوة الكهروستاتيكية والمجالات الكهروستاتيكية.

تم تسمية قانون كولوم على اسم تشارلز أوغستين كولوم، الباحث الفرنسي الذي كان يعمل في القرن الثامن عشر الميلادي. تتناسب القوة بين شحنتين نقطيتين طرديًا مع مقدار كل شحنة وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بين مركزيهما. إذا كان للأجسام نفس الشحنة، موجبة أو سالبة، فسوف تتنافر. إذا كانت لديهم شحنة معاكسة، فسوف ينجذبون نحو بعضهم البعض.

اعلانات جوجل

تم تسمية قانون جاوس Gauss على اسم Carl Friedrich Gauss، عالم الرياضيات الألماني الذي عمل في أوائل القرن التاسع عشر. ينص هذا القانون على أن التدفق الصافي للمجال الكهربائي عبر سطح مغلق يتناسب طرديًا مع الشحنة الكهربائية داخل السطح المغلق. اقترح جاوس قوانين مماثلة تتعلق بالمغناطيسية والكهرومغناطيسية ككل.

ما بعد الفيزياء الأساسية

في مجال النسبية وميكانيكا الكم، وجد العلماء أن هذه القوانين لا تزال سارية، على الرغم من أن تفسيرها يتطلب بعض الصقل ليتم تطبيقها، مما أدى إلى مجالات مثل الإلكترونيات الكمومية و الجاذبية الكمومية.

اعلانات جوجل

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى