Основні закони з фізики. Основні поняття та закони фізики та властивості елементарних частинок матерії

Другий закон термодинаміки

Відповідно до цього закону процес, єдиним результатом якого є передача енергії у формі теплоти від холоднішого тіла до більш нагрітого, неможливий без змін у самій системі та навколишньому середовищі. Другий закон термодинаміки виражає прагнення системи, що складається з великої кількості хаотично рухомих частинок, до мимовільного переходу зі станів менш ймовірних стану більш ймовірні. Забороняє створення вічного двигуна другого роду.

Закон Авогардо
У рівних обсягах ідеальних газів при однаковій температурі та тиску міститься однакове число молекул. Закон відкрито 1811 року італійським фізиком А. Авогадро (1776–1856).

Закон Ампера
Закон взаємодії двох струмів, поточних у провідниках, розташованих на невеликій відстані один від одного говорить: паралельні провідники зі струмами одного напрямку притягуються, а зі струмами протилежного напряму відштовхуються. Закон відкрито 1820 року А. М. Ампером.

Закон Архімеда

Закон гідро- та аеростатики: на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, спрямована вертикально вгору, рівна вазі рідини або газу, витісненого тілом, і прикладена в центрі тяжкості зануреної частини тіла. FA = gV, де g – щільність рідини чи газу, V – обсяг зануреної частини тіла. Інакше закон можна сформулювати наступним чином: тіло, занурене в рідину чи газ, втрачає у своїй вазі стільки, скільки важить витіснена ним рідина (або газ). Тоді P = mg – FA. Закон відкритий давньогрецьким вченим Архімедом у 212 році до н. е. Він є основою теорії плавання тіл.

Закон всесвітнього тяжіння

Закон всесвітнього тяжіння, або закон тяжіння Ньютона: всі тіла притягуються один до одного з силою, прямо пропорційною добутку мас цих тіл і обернено пропорційною квадрату відстані між ними.

Закон Бойля – Маріотта

Один із законів ідеального газу: при постійній температурі тиск тиску газу на його обсяг є величина постійна. pV = const. Описує ізотермічний процес.

Закон Гука
Відповідно до цього закону пружні деформації твердого тіла прямо пропорційні зовнішнім впливам, що викликають їх.

Закон Дальтона
Один із основних газових законів: тиск суміші хімічно не взаємодіючих ідеальних газів дорівнює сумі парціальних тисків цих газів. Відкритий 1801 року Дж. Дальтоном.

Закон Джоуля – Ленца

Описує теплову дію електричного струму: кількість теплоти, що виділяється у провіднику при проходженні по ньому постійного струму, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору провідника та часу проходження. Відкритий Джоулем та Ленцем незалежно один від одного в XIX столітті.

Закон Кулону

Основний закон електростатики, що виражає залежність сили взаємодії двох нерухомих точкових зарядів від відстані між ними: два нерухомі точкові заряди взаємодіють з силою, прямо пропорційною добутку величин цих зарядів і обернено пропорційною квадрату відстані між ними і діелектричної проникності середовища, в якому знаходяться заряди. Розмір чисельно дорівнює силі, що діє між двома розташованими у вакуумі на відстані 1 м один від одного точковими нерухомими зарядами по 1 Кл кожен. Закон Кулона є одним із експериментальних обґрунтувань електродинаміки. Відкритий 1785 року.

Закон Ленця
Відповідно до цього закону, індукційний струм завжди має такий напрямок, що його власний магнітний потік компенсує зміни зовнішнього магнітного потоку, що викликали цей струм. Закон Ленца – наслідок закону збереження енергії. Встановлено в 1833 Е. Х. Ленцем.

Закон Ома

Один з основних законів електричного струму: сила постійного електричного струму на ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки і обернено пропорційна його опору. Справедливий для металевих провідників та електролітів, температура яких підтримується постійною. У разі повного ланцюга формулюється наступним чином: сила постійного електричного струму в ланцюзі прямо пропорційна ЕДС джерела струму і обернено пропорційна повному опору електричного ланцюга. Відкритий у 1826 році Г. С. Омом.

Закон відображення хвиль

Промінь падаюча, промінь відбитий і перпендикуляр, відновлений в точку падіння променя, лежать в одній площині, причому кут падіння дорівнює куту заломлення. Закон справедливий для дзеркального відображення.

Закон Паскаля
Основний закон гідростатики: тиск, що виробляється зовнішніми силами на поверхню рідини або газу, передається однаково в усіх напрямках.

Закон заломлення світла

Промінь падаючий, промінь заломлений і перпендикуляр, відновлений в точку падіння променя, лежать в одній площині, причому для даних двох середовищ відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є постійна величина, звана відносним показником заломлення другого середовища відносно першої.

Закон прямолінійного поширення світла

Закон геометричної оптики, у тому, що у однорідної середовищі світло поширюється прямолінійно. Пояснює, наприклад, утворення тіні та півтіні.

Закон збереження заряду
Один із фундаментальних законів природи: алгебраїчна сума електричних зарядів будь-якої електрично ізольованої системи залишається незмінною. В електрично ізольованій системі закон збереження заряду допускає появу нових заряджених частинок, але сумарний електричний заряд часток, що з'явилися, завжди повинен дорівнювати нулю.

Закон збереження імпульсу
Один з основних законів механіки: імпульс будь-якої замкнутої системи при всіх процесах, що відбуваються в системі, залишається постійним (зберігається) і може лише перерозподілятися між частинами системи внаслідок їхньої взаємодії.

Закон Шарля
Один із основних газових законів: тиск даної маси ідеального газу при постійному обсязі прямо пропорційно температурі.

Закон електромагнітної індукції

Описує виникнення електричного поля при зміні магнітного (явище електромагнітної індукції): електрорушійна сила індукції прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку. Коефіцієнт пропорційності визначається системою одиниць, символ – правилом Ленца. Закон відкритий М. Фарадеєм.

Закон збереження та перетворення енергії
Загальний закон природи: енергія будь-якої замкнутої системи за всіх процесах, які у системі, залишається постійної (зберігається). Енергія може лише перетворюватися з однієї форми на іншу і перерозподілятися між частинами системи. Для незамкнутої системи збільшення (зменшення) її енергії дорівнює убутку (зростанню) енергії тіл, що взаємодіють з нею, і фізичних полів.

Закони Ньютона
В основі класичної механіки лежать 3 закони Ньютона. Перший закон Ньютона (закон інерції): матеріальна точка перебуває у стані прямолінійного і рівномірного руху чи спокою, якщо її у дію інші тіла чи дію цих тіл скомпенсовано. Другий закон Ньютона (основний закон динаміки): прискорення, отримане тілом, прямо пропорційно рівнодіє всіх сил, що діють на тіло, і обернено пропорційно масі тіла. Третій закон Ньютона: дії двох тіл завжди рівні за величиною та спрямовані у протилежні сторони.

Закони Фарадея
Перший закон Фарадея: маса речовини, що виділився на електроді при проходженні електричного струму, прямо пропорційна кількості електрики (заряду), що пройшла через електроліт (m = kq = kIt). Другий закон Фарадея: відношення мас різних речовин, що зазнають хімічних перетворень на електродах при проходженні однакових електричних зарядів через електроліт, дорівнює відношенню хімічних еквівалентів. Закони встановлені у 1833–1834 роках М. Фарадеєм.

Перший закон термодинаміки
Перший закон термодинаміки є законом збереження енергії для термодинамічної системи: кількість теплоти Q, повідомлена системі, витрачається зміну внутрішньої енергії системи U і здійснення системою роботи A проти зовнішніх сил. Формула Q = U + A є основою роботи теплових машин.

Постулати Бора

Перший постулат Бору: атомна система стійка лише у стаціонарних станах, які відповідають дискретній послідовності значень енергії атома. Кожна зміна цієї енергії пов'язана з повним переходом атома з одного стаціонарного стану до іншого. Другий постулат Бору: поглинання та випромінювання енергії атомом відбувається за законом, згідно з яким пов'язане з переходом випромінювання є монохроматичним і має частоту: h = Ei – Ek, де h – постійна Планка, а Ei та Ek – енергії атома в стаціонарних станах.

Правило лівої руки
Визначає напрям сили, яка діє на провідник зі струмом, що знаходиться в магнітному полі (або заряджену частинку, що рухається). Правило говорить: якщо ліву руку розташувати так, щоб витягнуті пальці показували напрямок струму (швидкості частинки), а силові лінії магнітного поля (лінії магнітної індукції) входили в долоню, то відставлений великий палець вкаже напрямок сили, що діє на провідник (позитивну частку; у разі негативної частки напрям сили протилежний).

Правило правої руки
Визначає напрямок індукційного струму в провіднику, що рухається в магнітному полі: якщо долоню правої руки розташувати так, щоб до неї входили лінії магнітної індукції, а відігнутий великий палець направити рухом провідника, то чотири витягнуті пальці покажуть напрямок індукційного струму.

Принцип Гюйгенса
Дозволяє визначити положення фронту хвилі будь-якої миті часу. Згідно з принципом Гюйгенса, всі точки, через які проходить фронт хвилі в момент часу t, є джерелами вторинних сферичних хвиль, а потрібне положення фронту хвилі в момент часу t збігається з поверхнею, що оминає всі вторинні хвилі. Принцип Гюйгенса пояснює закони відображення та заломлення світла.

Принцип Гюйгенса – Френеля
Згідно з цим принципом у будь-якій точці, що знаходиться поза довільною замкнутою поверхнею, що охоплює точкове джерело світла, світлова хвиля, що збуджується цим джерелом, може бути представлена як результат інтерференції вторинних хвиль, що випромінюються всіма точками зазначеної замкнутої поверхні. Принцип дозволяє вирішувати найпростіші задачі дифракції світла.

Принцип відносності
У будь-яких інерційних системах відліку всі фізичні (механічні, електромагнітні та інших.) явища за тих самих умовах протікають однаково. Є узагальнення принципу відносності Галілея.

Принцип відносності Галілея

Механічний принцип відносності, або принцип класичної механіки: у будь-яких інерційних системах відліку всі механічні явища протікають однаково за тих самих умов.

Звук
Звуком називають пружні хвилі, які поширюються в рідинах, газах та твердих тілах і сприймаються вухом людини та тварин. Людина має здатність чути звуки із частотами в межах 16–20 кГц. Звук із частотами до 16 Гц прийнято називати інфразвуком; із частотами 2·104–109 Гц – ультразвуком, а з частотами 109–1013 Гц – гіперзвуком. Наука, що вивчає звуки, має назву «акустика».

Світло
Світлом у вузькому значенні терміна називають електромагнітні хвилі в інтервалі частот, що сприймаються оком людини: 7,5 '1014-4,3 '1014 Гц. Довжина хвиль варіюється від 760 нм (червоне світло) до 380 нм (фіолетове світло).

Стаття створена на основі матеріалів з Інтернету, підручника фізики та власних знань.

Ніколи не любила фізику, не знала і намагалася уникати по можливості. Однак останнім часом все більше розумію: все наше життя зводиться до простих законів фізики.

1) Найпростіший, але найважливіший із них – це Закон збереження та перетворення енергії.

Він звучить так: "Енергія будь-якої замкнутої системи при всіх процесах, що відбуваються в системі, залишається постійною". А ми з вами саме у такій системі й перебуваємо. Тобто. скільки віддамо, стільки й отримаємо. Якщо ми хочемо щось отримати, треба стільки перед тим віддати. І ніяк інакше! А нам, звичайно ж, хочеться отримувати більшу зарплату, а на роботу при цьому не ходити. Іноді створюється ілюзія, що "дурням щастить" і багатьом щастя звалюється на голову. Вчитайтесь у будь-яку казку. Героям завжди треба долати величезні труднощі! То скупатися у воді студеної, то у воді вареної. Чоловіки привертають увагу жінок залицяннями. Жінки у свою чергу піклуються потім про цих чоловіків та дітей. І так далі. Так що, якщо ви хочете щось отримати, постарайтеся спочатку віддати. Фільм "Заплати вперед" дуже яскраво відображає цей закон фізики.

Є ще жарт на цю тему:
Закон збереження енергії:
Якщо ви вранці прийшли на роботу енергійним, а йдіть як вичавлений лимон, то
1. хтось інший прийшов як вичавлений лимон, а йде енергійним
2. вас використовували для нагрівання приміщення

2) Наступний закон звучить так: "Сила дії дорівнює силі протидії"

Цей закон фізики відбиває і попередній, у принципі. Якщо людина здійснила негативний вчинок – усвідомлений чи ні – він згодом отримав відповідь, тобто. протидія. Іноді причина та слідство бувають розкидані в часі, і можна одразу й не зрозуміти, звідки вітер дме. Потрібно, головне, пам'ятати, що нічого просто так не буває. Як приклад, можна навести батьківське виховання, яке потім проявляється через кілька десятків років.

3) Наступний закон - Закон важеля. Архімед вигукнув: "Дайте мені точку опори, і я переверну Землю!". Будь-який тягар можна перенести, якщо підібрати правильний важіль. Потрібно завжди прикидати, якої довжини знадобиться важіль, щоб досягти тієї чи іншої мети і зробити собі висновок, розставити пріоритети. Зрозуміти, як розрахувати свої сили, чи потрібно витрачати стільки сил, щоб створити правильний важіль і пересунути цей тягар чи простіше дати спокій і зайнятися іншою діяльністю.

4) Так зване правило свердловина, яке полягає в тому, що вказує на напрямок магнітного поля. Це правило відповідає на вічне запитання: хто винний? І вказує на те, що у всьому, що з нами відбувається, винні ми самі. Як би прикро не було, як би складно не було, як би, на перший погляд, несправедливо не було, треба завжди усвідомлювати те, що причиною спочатку були ми самі.

5) Напевно, хтось пам'ятає закон складання швидкостей. Звучить він так: "Швидкість руху тіла щодо нерухомої системи відліку дорівнює векторній сумі швидкості цього тіла щодо рухомої системи відліку та швидкості самої рухомої системи відліку щодо нерухомої системи" Складно звучить? Зараз розберемося.
Принцип складання швидкостей не що інше, як арифметична сума доданків швидкостей, як математичних понять чи визначень.

Швидкість - це одне із суттєвих явищ, що відносяться до кінетики. Кінетика вивчає процеси перенесення енергії, імпульсу, заряду та речовини у різних фізичних системах та вплив на них зовнішніх полів. Може бути самовпевнено, але з погляду кінетики тоді можна розглядати і цілу низку суспільних процесів, наприклад, конфлікти.

Отже, за наявності двох конфліктуючих об'єктів та їх дотику має спрацьовувати закон, аналогічний закону збереження швидкостей (як факт перенесення енергії)? Отже, сила та агресія конфлікту залежить від ступеня конфліктності двох (трьох, чотирьох) сторін. Чим більше вони агресивні та сильні, тим конфлікт жорсткіший і руйнівніший. Якщо одна із сторін не конфліктна, то зростання ступеня агресивності не відбувається.

Все дуже просто. І якщо не можеш зазирнути всередину себе, щоб розібратися в причинно-наслідкових зв'язках своєї проблеми, просто відкрий підручник з фізики за 8 клас.

Вступ

1. Закони Ньютона

1.1. Закон інерції (Перший закон Ньютона)

1.2 Закон руху

1.3. Закон збереження імпульсу (Закон збереження кількості руху)

1.4. Сили інерції

1.5. Закон в'язкості

2.1. Закони термодинаміки

Закон всесвітнього тяжіння

3.2. Гравітаційна взаємодія

3.3. Небесна механіка

Сильні гравітаційні поля

3.5. Сучасні класичні теорії гравітації

Висновок

Література

Вступ

Фундаментальні закони фізики описують найважливіші явища у природі та Всесвіті. Вони дозволяють пояснити і навіть передбачити багато явищ. Так, спираючись лише на фундаментальні закони класичної фізики (закони Ньютона, закони термодинаміки тощо), людство успішно освоює космос, відправляє космічні апарати на інші планети.

Я хочу розглянути у цій роботі найважливіші закони фізики та його взаємозв'язок. Найбільш важливими законами класичної механіки є закони Ньютона, яких достатньо, щоб описати явища в макросвіті (без урахування високих значень швидкості чи маси, що вивчається в ЗТО – Загальної теорії Відносності, або СТО – спеціальної теорії відносності.)

Закони Ньютона

Закони механіки Ньютонатри закони, що лежать в основі т.з. класичної механіки Сформульовані І. Ньютоном (1687). Перший закон: "Будь-яке тіло продовжує утримуватися у своєму стані спокою або рівномірного і прямолінійного руху, поки і оскільки воно не спонукається докладеними силами змінити цей стан". Другий закон: “Зміна кількості руху пропорційно доданої рушійної сили і відбувається у напрямі тієї прямої, якою ця сила діє”. Третій закон: “Дію завжди є рівна і протилежна протидія, інакше, взаємодії двох тіл один на одного між собою рівні та спрямовані у протилежні сторони”.

1.1. Зако ́ ніне ́ рції (Перший закон Нью ́ тону) : вільне тіло, на яке не діють сили з боку інших тіл, перебуває у стані спокою або рівномірного прямолінійного руху (поняття швидкості тут застосовується до центру мас тіла у разі непоступального руху). Інакше кажучи, тілам властива інерція (від латів. inertia - “бездіяльність”, “кісність”), тобто явище збереження швидкості, якщо зовнішні на них компенсовані.

Системи відліку, у яких виконується закон інерції, називаються інерціальними системами відліку (ІСО).

Вперше закон інерції був сформульований Галілео Галілеєм, який після безлічі дослідів уклав, що для руху вільного тіла з постійною швидкістю не потрібно жодної зовнішньої причини. До цього загальноприйнятою була інша точка зору (висхідна до Аристотеля): вільне тіло перебуває у стані спокою, а руху з постійної швидкістю необхідний додаток постійної сили.

Згодом Ньютон сформулював закон інерції як перший із трьох своїх знаменитих законів.

Принцип відносності Галілея: у всіх інерційних системах відліку всі фізичні процеси протікають однаково. У системі відліку, наведеної в стан спокою або рівномірного прямолінійного руху щодо інерційної системи відліку (умовно - “спокоїться”) всі процеси протікають так само, як і в системі, що покоїться.

Слід зазначити, що поняття інерційної системи відліку - абстрактна модель (якийсь ідеальний об'єкт розглядається замість реального об'єкта. Прикладами абстрактної моделі служать абсолютно тверде тіло або невагома нитка), реальні системи відліку завжди пов'язані з будь-яким об'єктом і відповідність реально спостерігається руху тіл у таких системах із результатами розрахунків буде неповним.

1.2 Закон руху - Математичне формулювання того, як рухається тіло або як відбувається рух більш загального виду.

У класичній механіці матеріальної точки закон руху є три залежності трьох просторових координат від часу, або залежність однієї векторної величини (радіус-вектора) від часу, виду

Закон руху можна знайти, залежно від завдання, або з диференціальних законів механіки, або з інтегральних.

Закон збереження енергії - Основний закон природи, який полягає в тому, що енергія замкнутої системи зберігається у часі. Іншими словами, енергія не може виникнути з нічого і не може нікуди зникнути, вона може тільки переходити з однієї форми в іншу.

Закон збереження енергії зустрічається у різних розділах фізики та проявляється у збереженні різних видів енергії. Наприклад, у класичній механіці закон проявляється у збереженні механічної енергії (суми потенційної та кінетичної енергій). У термодинаміці закон збереження енергії називається першим початком термодинаміки та говорить про збереження енергії у сумі з тепловою енергією.

Оскільки закон збереження енергії відноситься не до конкретних величин і явищ, а відображає загальну, застосовну скрізь і завжди закономірність, то правильніше називати його не законом, а принципом збереження енергії.

Частковий випадок – Закон збереження механічної енергії – механічна енергія консервативної механічної системи зберігається в часі. Простіше кажучи, за відсутності сил типу тертя (диссипативных сил) механічна енергія немає з нічого і може нікуди зникнути.

Ек1+Еп1=Ек2+Еп2

Закон збереження енергії – це інтегральний закон. Це означає, що він складається з впливу диференціальних законів і є властивістю їх сукупного впливу. Наприклад, іноді кажуть, що неможливість створити вічний двигун обумовлена законом збереження енергії. Але це не так. Насправді, у кожному проекті вічного двигуна спрацьовує один із диференціальних законів і саме він робить двигун непрацездатним. Закон збереження енергії просто узагальнює цей факт.

Відповідно до теореми Нетер, закон збереження механічної енергії є наслідком однорідності часу.

1.3. Зако ́ н збереженні ́ ня та ́ мпульсу (Зако ́ н збереженні ́ ня коли ́ ства руху) стверджує, що сума імпульсів всіх тіл (або частинок) замкнутої системи є постійною величиною.

p align="justify"> З законів Ньютона можна показати, що при русі в порожньому просторі імпульс зберігається в часі, а за наявності взаємодії швидкість його зміни визначається сумою докладених сил. У класичній механіці закон збереження імпульсу зазвичай виводиться як законів Ньютона. Однак цей закон збереження вірний і у випадках, коли ньютонівська механіка не застосовується (релятивістська фізика, квантова механіка).

Як і будь-який із законів збереження, закон збереження імпульсу описує одну з фундаментальних симетрій, - однорідність простору

Третій закон Ньютона пояснює, що відбувається із двома взаємодіючими тілами. Візьмемо для прикладу замкнуту систему, що складається із двох тіл. Перше тіло може діяти друге з деякою силою F12, а друге - на перше з силою F21. Як співвідносяться сили? Третій закон Ньютона стверджує: сила дії дорівнює модулю і протилежна за напрямом силі протидії. Наголосимо, що ці сили прикладені до різних тіл, а тому зовсім не компенсуються.

Сам закон:

Тіла діють один на одного з силами, спрямованими вздовж однієї і тієї ж прямої, рівними за модулем і протилежними за напрямом: .

1.4. Сили інерції

Закони Ньютона, строго кажучи, справедливі лише в інерційних системах відліку. Якщо ми чесно запишемо рівняння руху тіла в неінерційній системі відліку, воно буде виглядати відрізнятися від другого закону Ньютона. Однак часто для спрощення розгляду вводять якусь фіктивну “силу інерції”, і тоді ці рівняння руху переписуються у вигляді, дуже схожому на другий закон Ньютона. Математично тут все коректно (правильно), але з погляду фізики нову фіктивну силу не можна розглядати як щось реальне, як результат деякої реальної взаємодії. Ще раз наголосимо: "сила інерції" - це лише зручна параметризація того, як відрізняються закони руху в інерційній та неінерційній системах відліку.

1.5. Закон в'язкості

Закон в'язкості (внутрішнього тертя) Ньютона - математичний вираз, що зв'язує напругу внутрішнього тертя τ (в'язкість) та зміну швидкості середовища v у просторі

(швидкість деформації) для текучих тіл (рідин та газів):

де величина η називається коефіцієнтом внутрішнього тертя чи динамічним коефіцієнтом в'язкості (одиниця СГС - пуаз). Кінематичним коефіцієнтом в'язкості називається величина μ = η/ρ (одиниця СГС – Стокс, ρ – щільність середовища).

Закон Ньютона може бути отриманий аналітично прийомами фізичної кінетики, де в'язкість розглядається зазвичай одночасно з теплопровідністю та відповідним законом Фур'є для теплопровідності. У кінетичній теорії газів коефіцієнт внутрішнього тертя обчислюється за формулою

де – середня швидкість теплового руху молекул, λ – середня довжина вільного пробігу.

2.1. Закони термодинаміки

Термодинаміка ґрунтується на трьох законах, які сформульовані на основі експериментальних даних і тому можуть бути прийняті як постулати.

* 1-й закон термодинаміки. Є формулюванням узагальненого закону збереження енергії для термодинамічних процесів. У найбільш простій формі його можна записати як δQ = δA + d"U, де dU є повний диференціал внутрішньої енергії системи, а δQ і δA є елементарна кількість теплоти та елементарна робота, виконана над системою відповідно. Потрібно враховувати, що δA і δQ не можна вважати диференціалами у звичайному сенсі цього поняття З точки зору квантових уявлень цей закон можна інтерпретувати наступним чином: dU є зміна енергії даної квантової системи, δA є зміна енергії системи, обумовлена зміною заселеності енергетичних рівнів системи, а δQ є зміна енергії квантової системи, обумовлена зміною структури енергетичних рівнів.

* 2-й закон термодинаміки: Другий закон термодинаміки виключає можливість створення вічного двигуна другого роду. Є кілька різних, але в той же час еквівалентних формулювань цього закону. 1 – Постулат Клаузіуса. Процес, у якому немає інших змін, крім передачі теплоти від гарячого тіла до холодного, є незворотним, тобто теплота може перейти від холодного тіла до гарячого без будь-яких інших змін у системі. Це називають розсіюванням чи дисперсією енергії. 2 - Постулат Кельвіна. Процес, у якому робота перетворюється на теплоту без будь-яких інших змін у системі, є незворотним, тобто неможливо перетворити на роботу всю теплоту, взяту від джерела з однорідною температурою, не проводячи інших змін у системі.

* 3-й закон термодинаміки: Теорема Нернста: Ентропія будь-якої системи при абсолютному нулі температури завжди може бути прийнята рівною нулю

3.1. Закон всесвітнього тяжіння

Гравітація (всемирне тяжіння, тяжіння) (від латів. gravitas - "тяжкість") - далекодіюча фундаментальна взаємодія в природі, якому піддаються всі матеріальні тіла. За сучасними даними, є універсальним взаємодією у тому сенсі, що, на відміну будь-яких інших сил, всім без винятку тілам незалежно від своїх маси надає однакове прискорення. Головним чином гравітація грає визначальну роль космічних масштабах. Термін гравітація використовується також як назва розділу фізики, що вивчає гравітаційну взаємодію. Найбільш успішною сучасною фізичною теорією в класичній фізиці, що описує гравітацію, є загальна теорія відносності, квантова теорія гравітаційної взаємодії поки що не побудована.

3.2. Гравітаційна взаємодія

Гравітаційна взаємодія – одна з чотирьох фундаментальних взаємодій у нашому світі. У межах класичної механіки, гравітаційне взаємодія описується законом всесвітнього тяжіння Ньютона, який свідчить, що сила гравітаційного тяжіння між двома матеріальними точками маси m1 і m2, розділеними відстанню R, є

Тут G - постійна гравітаційна, рівна м³/(кг с²). Знак мінус означає, що сила, що діє на тіло, завжди дорівнює напрямку радіус-вектору, спрямованому на тіло, тобто гравітаційна взаємодія призводить завжди до тяжіння будь-яких тіл.

Поле тяжкості є потенційно. Це означає, що можна ввести потенційну енергію гравітаційного тяжіння пари тіл, і ця енергія не зміниться після переміщення тіл замкнутим контуром. Потенційність поля тяжкості тягне за собою закон збереження суми кінетичної та потенційної енергії та при вивченні руху тіл у полі тяжіння часто суттєво спрощує рішення. У рамках ньютонівської механіки гравітаційна взаємодія є далекодіючою. Це означає, що як би масивне тіло не рухалося, у будь-якій точці простору гравітаційний потенціал залежить тільки від положення тіла в даний момент часу.

Великі космічні об'єкти – планети, зірки та галактики мають величезну масу і, отже, створюють значні гравітаційні поля. Гравітація – найслабша взаємодія. Однак, оскільки воно діє на будь-яких відстанях і всі маси позитивні, це дуже важлива сила у Всесвіті. Для порівняння: повний електричний заряд цих тіл нуль, оскільки речовина в цілому електрично нейтральна. Також гравітація, на відміну інших взаємодій, універсальна у дії всю матерію і енергію. Не виявлено об'єктів, у яких взагалі не було б гравітаційної взаємодії.

Через глобальний характер гравітація відповідальна і за такі великомасштабні ефекти, як структура галактик, чорні дірки та розширення Всесвіту, і за елементарні астрономічні явища - орбіти планет, і за просте тяжіння до поверхні Землі та падіння тіл.

Гравітація була першою взаємодією, описаною математичною теорією. В античні часи Аристотель вважав, що об'єкти з різною масою падають із різною швидкістю. Тільки набагато пізніше Галілео Галілей експериментально визначив, що це не так – якщо опір повітря усувається, всі тіла прискорюються однаково. Закон загального тяжіння Ісаака Ньютона (1687) добре описував загальну поведінку гравітації. В 1915 Альберт Ейнштейн створив Загальну теорію відносності, більш точно описує гравітацію в термінах геометрії простору-часу.

3.3. Небесна механіка та деякі її завдання

Розділ механіки, що вивчає рух тіл у порожньому просторі, тільки під дією гравітації називається небесною механікою.

Найбільш простим завданням небесної механіки є гравітаційна взаємодія двох тіл у порожньому просторі. Це завдання вирішується аналітично остаточно; Результат її рішення часто формулюють у вигляді трьох законів Кеплера.

При збільшенні кількості тіл, що взаємодіють, завдання різко ускладнюється. Так, вже відома задача трьох тіл (тобто рух трьох тіл з ненульовими масами) не може бути вирішена аналітично в загальному вигляді. При чисельному рішенні, досить швидко настає нестійкість рішень щодо початкових умов. Застосовуючи Сонячну систему, ця нестійкість не дозволяє передбачити рух планет на масштабах, що перевищують сотню мільйонів років.

У окремих випадках вдається знайти наближене рішення. Найбільш важливим є випадок, коли маса одного тіла істотно більша за масу інших тіл (приклади: сонячна система та динаміка кілець Сатурна). У цьому випадку в першому наближенні можна вважати, що легкі тіла не взаємодіють один з одним і рухаються кеплеровими траєкторіями навколо масивного тіла. Взаємодії між ними можна враховувати у межах теорії збурень, і усереднювати за часом. При цьому можуть виникати нетривіальні явища, такі як резонанси, атрактори, хаотичність і т. д. Наочний приклад таких явищ - нетривіальна структура кілець Сатурна.

Незважаючи на спроби описати поведінку системи з великої кількості тіл, що притягуються, приблизно однакової маси, зробити цього не вдається через явище динамічного хаосу.

3.4. Сильні гравітаційні поля

У сильних гравітаційних полях, під час руху з релятивістськими швидкостями, починають виявлятися ефекти загальної теорії відносності:

Відхилення закону тяжіння від Ньютонівського;

Запізнення потенціалів, пов'язане з кінцевою швидкістю розповсюдження гравітаційних збурень; поява гравітаційних хвиль;

Ефекти нелінійності: гравітаційні хвилі мають властивість взаємодіяти один з одним, тому принцип суперпозиції хвиль у сильних полях не виконується;

Зміна геометрії простору-часу;

Виникнення чорних дірок;

3.5. Сучасні класичні теорії гравітації

У зв'язку з тим, що квантові ефекти гравітації надзвичайно малі навіть у екстремальних експериментальних і спостережних умовах, досі не існує їх надійних спостережень. Теоретичні оцінки показують, що у переважній більшості випадків можна обмежитися класичним описом гравітаційної взаємодії.

Існує сучасна канонічна класична теорія гравітації - загальна теорія відносності, і безліч гіпотез і теорій різного ступеня розробленості, що уточнюють її, конкурують між собою (див. статтю Альтернативні теорії гравітації). Всі ці теорії дають дуже схожі передбачення у межах того наближення, у якому нині здійснюються експериментальні тести. Далі описані кілька основних, найбільш добре розроблених чи відомих теорій гравітації.

Теорія гравітації Ньютона заснована на понятті сили тяжіння, яка є далекою дією силою: вона діє миттєво на будь-якій відстані. Цей миттєвий характер дії несумісний з польовою парадигмою сучасної фізики і, зокрема, зі спеціальною теорією відносності, створеною в 1905 Ейнштейном, натхненним роботами Пуанкаре і Лоренца. Теоретично Ейнштейна ніяка інформація неспроможна поширитися швидше швидкості світла у вакуумі.

Математично сила гравітації Ньютона виводиться із потенційної енергії тіла у гравітаційному полі. Потенціал гравітації, відповідний цієї потенційної енергії, підпорядковується рівнянню Пуассона, яке інваріантно при перетвореннях Лоренца. Причина неінваріантності полягає в тому, що енергія у спеціальній теорії відносності не є скалярною величиною, а переходить у тимчасову компоненту 4-вектора. Векторна ж теорія гравітації виявляється аналогічною теорії електромагнітного поля Максвелла і призводить до негативної енергії гравітаційних хвиль, що пов'язано з характером взаємодії: однойменні заряди (маси) у гравітації притягуються, а не відштовхуються, як електромагнетизм. Таким чином, теорія гравітації Ньютона несумісна з фундаментальним принципом спеціальної теорії відносності - інваріантністю законів природи в будь-якій інерційній системі відліку, а пряме векторне узагальнення теорії Ньютона, вперше запропоноване Пуанкаре в 1905 році в його роботі "Про динаміку електрона", призводить до фізичної невдачі .

Ейнштейн почав пошук теорії гравітації, яка б сумісна з принципом інваріантності законів природи щодо будь-якої системи відліку. Результатом цього пошуку стала загальна теорія відносності, заснована на принципі тотожності гравітаційної та інертної маси.

Принцип рівності гравітаційної та інертної мас

У класичній механіці Ньютона існує два поняття маси: перше відноситься до другого закону Ньютона, а друге - до закону всесвітнього тяжіння. Перша маса – інертна (або інерційна) – є відношення негравітаційної сили, що діє на тіло, до його прискорення. Друга маса – гравітаційна (або, як її іноді називають, важка) – визначає силу тяжіння тіла іншими тілами та його власну силу тяжіння. Власне, ці дві маси вимірюються, як видно з опису, в різних експериментах, тому зовсім не повинні бути пропорційними один одному. Їх строга пропорційність дозволяє говорити про єдину масу тіла як у негравітаційних, так і в гравітаційних взаємодіях. Відповідним вибором одиниць можна зробити ці маси рівними одна одній.

Сам принцип було висунуто ще Ісааком Ньютоном, а рівність мас було перевірено їм експериментально з відносною точністю 10-3. Наприкінці ХІХ століття тонші експерименти провів Етвеш, довівши точність перевірки принципу до 10-9. Протягом XX століття експериментальна техніка дозволила підтвердити рівність мас із відносною точністю 10-12-10-13 (Брагінський, Дікке і т. д.).

Іноді принцип рівності гравітаційної та інертної мас називають слабким принципом еквівалентності. Альберт Ейнштейн поклав його основою загальної теорії відносності.

Принцип руху геодезичними лініями

Якщо гравітаційна маса точно дорівнює інерційної, то у виразі для прискорення тіла, на яке діють лише гравітаційні сили, обидві маси скорочуються. Тому прискорення тіла, а отже, і його траєкторія не залежить від маси та внутрішньої будови тіла. Якщо ж всі тіла в одній і тій точці простору отримують однакове прискорення, то це прискорення можна пов'язати не з властивостями тіл, а з властивостями самого простору в цій точці.

Таким чином, опис гравітаційної взаємодії між тілами можна звести до опису простору-часу, в якому рухаються тіла. Природно припустити, як і зробив Ейнштейн, що тіла рухаються по інерції, тобто отже їх прискорення у своїй системі відліку дорівнює нулю. Траєкторії тіл тоді будуть геодезичними лініями, теорія яких була розроблена математиками ще у XIX столітті.

Самі геодезичні лінії можна знайти, якщо задати в просторі-часі аналог відстані між двома подіями, який називається за традицією інтервалом або світовою функцією. Інтервал у тривимірному просторі та одновимірному часі (іншими словами, у чотиривимірному просторі-часі) задається 10 незалежними компонентами метричного тензора. Ці 10 чисел утворюють метрику простору. Вона визначає “відстань” між двома нескінченно близькими точками простору-часу у різних напрямках. Геодезичні лінії, що відповідають світовим лініям фізичних тіл, швидкість яких менша за швидкість світла, виявляються лініями найбільшого власного часу, тобто часу, що вимірюється годинами, жорстко скріпленими з тілом, що йде по цій траєкторії.

Сучасні експерименти підтверджують рух тіл геодезичними лініями з тією ж точністю, як і рівність гравітаційної та інертної мас.

Висновок

З законів Ньютона відразу ж випливають деякі цікаві висновки. Так, третій закон Ньютона каже, що, хоч би як тіла взаємодіяли, вони можуть змінити свій сумарний імпульс: виникає закон збереження імпульсу. Далі треба зажадати, щоб потенціал взаємодії двох тіл залежав тільки від модуля різниці координат цих тіл U(r1-r2). Тоді виникає закон збереження сумарної механічної енергії тіл, що взаємодіють:

Закони Ньютона є основними законами механіки. З них можуть бути виведені інші закони механіки.

У той же час, закони Ньютона - не найглибший рівень формулювання класичної механіки. У рамках лагранжової механіки є одна-єдина формула (запис механічної дії) і один-єдиний постулат (тіла рухаються так, щоб дія була мінімальною), і з цього можна вивести всі закони Ньютона. Більше того, в рамках лагранжевого формалізму можна легко розглянути гіпотетичні ситуації, в яких дія має якийсь інший вид. При цьому рівняння руху стануть уже несхожими на закони Ньютона, але сама класична механіка буде, як і раніше, застосовна.

Розв'язання рівнянь руху

Рівняння F = ma (тобто другий закон Ньютона) є диференціальним рівнянням: прискорення є другою похідною від координати за часом. Це означає, що еволюцію механічної системи у часі можна однозначно визначити, якщо задати її початкові координати та початкові швидкості. Зауважимо, що якби рівняння, що описують наш світ, були б рівняннями першого порядку, то з нашого світу зникли б такі явища як інерція, коливання, хвилі.

Вивчення фундаментальних законів фізики підтверджує, що наука поступово розвивається: кожен етап, кожен відкритий закон є етапом у розвитку, але не дає остаточних відповідей на всі питання.

Література:

Велика Радянська Енциклопедія (Ньютона Закони механіки та інших. статті), 1977, “Радянська Енциклопедія”
Онлайн-енциклопедія www.wikipedia.com

3. Бібліотека ” Детлаф А.А., Яворський Б.М., Мілковська Л.Б. - курс фізики (том 1). Механіка. Основи молекулярної фізики та термодинаміки

Федеральне агентство з освіти

ГОУ ВПО Рибінська державна авіаційна академія ім. П.А.Соловйова

Кафедра "Загальної та технічної фізики"

РЕФЕРАТ

З дисципліни "Концепції сучасного природознавства"

Тема: "Фундаментальні закони фізики"

Група ЗКС-07

Студент Балшин О.М.

Викладач: Василюк О.В.

7: Закони руху Ньютона

Минулий пост закінчився Законом всесвітнього тяжіння від сера Ісаака Ньютона, цей теж почнеться з Ньютона, але вже з інших його законів - три закони рівноприскореного руху (частіше просто «три закони Ньютона») є суттєвим компонентом сучасної фізики. І, як і більшість фізичних законів, вони елегантні у своїй простоті.

Перший закон Ньютона стверджує, що об'єкт, який перебуває у стані рівномірного руху (чи стані спокою) перебуватиме у стані такого руху (чи спокою) до на нього зовнішнього впливу (сили). Так, м'ячик, який котиться по підлозі, згодом припиняє свій рух через те, що на нього впливає сила тертя або змінює напрямок свого руху в результаті вдалого стусану або просто удару об стіну.

Другий закон Ньютона встановлює взаємозв'язок між масою об'єкта (m) та його прискорення (a). Цей закон виражається математичною формулою F = m × a, в якій F – сила, виражена у Ньютонах. Сила і прискорення є векторними величинами, тобто величинами, які крім значення характеризуються ще й напрямком. Значення прискорення може використовуватися визначення сили і навпаки.

Третій закон Ньютона, мабуть, найвідоміший із усіх його трьох законів руху. Найчастіше його згадують у вигляді "Сила дії дорівнює силі протидії", хоча правильніше було б: "Матеріальні точки взаємодіють один з одним силами, що мають однакову природу, спрямованими вздовж прямої, що з'єднує ці точки, рівними за модулем і протилежними за напрямом". На підставі третього закону ми можемо зробити висновок про те, що в гравітаційній системі з двох тіл відбувається не тільки гравітаційний вплив тяжчого тіла на легше, але й легше тіло притягує до себе важче. Так, у системі Земля/Місяць вплив Місяця на Землю проявляється у припливах та відливах.

6: Закони термодинаміки

Британський фізик і письменник Сноу якось сказав, що людина, яка не займається наукою, яка не знає другого закону термодинаміки, така сама недоучка, як учений, яка ніколи не читала Шекспіра. Ця максима як підкреслює важливість термодинаміки у системі наук, а й те, що її основи має знати кожен, хто хоче вважати себе недоучкой.

У загальному випадку термодинаміка вивчає те, як енергія виконує роботу в будь-якій системі, чи то двигун, чи ядро планети. В основі термодинаміки лежить три принципи, які у формулюванні того Сноу звучать так:

Ти не можеш виграти.
Ти не можеш зробити перерву у грі.
Ти не можеш вийти із гри.

Як це розуміти? Говорячи про те, що виграти неможливо, Сноу зазначає, що ми не можемо отримати одне, не відмовляючись від іншого - для того, щоб система робила роботу, необхідна подача енергії (нагрів), в іншому випадку така система працювати не буде, навіть для повністю ізольованого випадку. Більше того, у реальному світі не існує ідеально ізольованих систем, і в реальному випадку частина енергії, яку ми передаємо системі для виконання роботи, передається навколишньому середовищу і в дію вступає другий закон термодинаміки.

Друге твердження Сноу про неможливість зробити перерву в грі означає, що завдяки збільшенню ентропії в закритій системі, позбавленої зовнішнього впливу, ми не можемо просто так повернутися в колишній енергетичний стан. Можна сказати, що енергія, сконцентрована в одному обсязі, перерозподілятиметься в області з нижчою концентрацією енергії.

І нарешті, третій закон термодинаміки, що стосується неможливості виходу з гри, стосується абсолютного нуля, стану матерії при нулі Кельвінів або мінус 273,15°C. При досягненні системою абсолютного нуля має припинитися весь рух молекул, що означає відсутність кінетичної енергії, досягнення нульового значення ентропії та формування ідеально впорядкованої системи. Тим не менш, абсолютний нуль є фізично ідеальним станом, у реальному світі, навіть у найхолодніших областях космічного простору, досягнення абсолютного нуля неможливо - можна лише наближатися до цього стану/значення температури.

5: Закон сталості складу та властивостей хімічних речовин.

Французький вчений-хімік Жозеф Луї Пруст у 1808 році написав: «Від одного полюса Землі до іншого з'єднання мають однаковий склад та однакові властивості. Жодної різниці немає між оксидом заліза з Південної півкулі та Північної. Малахіт із Сибіру має той самий склад, як і малахіт із Іспанії. У всьому світі є лише один кіновар».Це було першим формулюванням закону складу та властивостей хімічних речовин.

Атомно-молекулярне вчення дозволяє пояснити закон сталості складу. Оскільки атоми мають постійну масу, те й масовий склад речовини загалом постійний. Розвиток хімії показало, що поряд із сполуками постійного складу існують сполуки змінного складу. На пропозицію Н.С. Курнакова перші названі дальтонідами (на згадку англійського хіміка і фізика Дальтона, до дальтонідів відносяться всі речовини молекулярної будови), другі - бертолідами (на згадку французького хіміка Бертолле, що передбачав такі сполуки; це речовини з атомними, іонними та металевими гратами). Тепер ми формулюємо цей закон так: «Будь-яка чиста речовина молекулярної будови незалежно від способу її отримання завжди має постійний якісний та кількісний склад».

Оскільки більша частина речовин, які, так чи інакше, потрапляють у наш організм (з їжею, косметичними препаратами, лікарськими препаратами) мають молекулярну будову, значення закону сталості складу та властивостей хімічних речовин полягає в тому, що, наприклад, «натуральні» ароматизатори та ароматизатори «ідентичні натуральним» являють собою одні і ті ж речовини - компонент фруктових есенцій етилацетат, зареєстрований в якості харчової добавки E1504, однаковий, якщо його і отримали в колбі в результаті реакції етерифікації і виділили з яблука; карбамід (сечовина), яка використовується в зубних пастах або жувальних гумках має однакову будову і властивості будь-яка речовина виділена із сечі або синтезована хімічним шляхом.

4: Закон плавучості Архімеда

За легендою, давньогрецький мислитель, математик та інженер Архімед відкрив закон, занурившись у ванну і побачивши, що частина води виплеснулася назовні, після чого з криком «Еврика!» побіг вулицями Сіракуз у тому, в чому був під час прийому ванни (тобто ні в чому).

Відповідно до закону Архімеда на тіло, занурене в рідину (або газ), діє сила, що виштовхує, рівна вазі витісненої цим тілом рідини (або газу). Цей закон використовується визначення щільностей невідомих речовин (оскільки щільність розчинів визначається концентрацією компонентів, за принципом закону Архімеда працюють і побутові спиртометри, які продаються в магазинах господарських товарів).

Закон Архімеда незамінний для розробки апаратів для підводного плавання та літальних апаратів легше за повітря (повітряних куль, аеростатів, дирижаблів і цепелінів). Ну і, звичайно, закон Архімеда застерігає нас від того, щоб залізти у ванну, наповнену до країв, якщо ми, звичайно, не хочемо потім витирати підлогу у ванній кімнаті і чекати на візит агресивних сусідів знизу.

Цікавитися навколишнім світом та закономірностями його функціонування та розвитку природно та правильно. Саме тому розумно звертати увагу на природничі науки, наприклад, фізику, яка пояснює саму сутність формування та розвитку Всесвіту. Основні фізичні закони неважко зрозуміти. Вже дуже юному віці школа знайомить дітей із цими принципами.

Для багатьох починається ця наука із підручника "Фізика (7 клас)". Основні поняття та термодинаміки відкриваються перед школярами, вони знайомляться з ядром основних фізичних закономірностей. Але чи має знання обмежуватися шкільною лавою? Які фізичні закони має знати кожна людина? Про це й йтиметься далі у статті.

Наука фізика

Багато нюансів описуваної науки знайомі всім з раннього дитинства. А пов'язано це з тим, що, по суті, фізика є однією з областей природознавства. Вона розповідає про закони природи, дія яких впливає на життя кожного, а багато в чому навіть забезпечує її, про особливості матерії, її структуру та закономірності руху.

Термін «фізика» був уперше зафіксований Аристотелем ще четвертому столітті до нашої ери. Спочатку він був синонімом поняття "філософія". Адже обидві науки мали єдину мету – правильним чином пояснити усі механізми функціонування Всесвіту. Але вже у шістнадцятому столітті внаслідок наукової революції фізика стала самостійною.

Загальний закон

Деякі основні закони фізики застосовують у різноманітних галузях науки. Крім них існують такі, які прийнято вважати загальними для всієї природи. Мова йде про

Він має на увазі, що енергія кожної замкнутої системи при протіканні в ній будь-яких явищ обов'язково зберігається. Проте вона здатна трансформуватися в іншу форму та ефективно змінювати свій кількісний зміст у різних частинах названої системи. Водночас у незамкненій системі енергія зменшується за умови збільшення енергії будь-яких тіл та полів, які вступають у взаємодію з нею.

Крім наведеного загального принципу, містить фізика основні поняття, формули, закони, які необхідні тлумачення процесів, які у навколишньому світі. Їхнє дослідження може стати неймовірно захоплюючим заняттям. Тому в цій статті будуть розглянуті основні закони фізики коротко, а щоб розібратися в них глибше, важливо надати їм повноцінної уваги.

Механіка

Відкривають юним вченим багато основних законів фізики 7-9 класи школи, де повніше вивчається така галузь науки, як механіка. Її базові засади описані нижче.

Закон відносності Галілея (також його називають механічною закономірністю відносності або базисом класичної механіки). Суть принципу у тому, що за аналогічних умов механічні процеси у будь-яких інерційних системах відліку проходять цілком ідентично.
Закон Гука. Його суть у тому, що чим більшим є вплив на пружне тіло (пружину, стрижень, консоль, балку) з боку, тим більшою є його деформація.

Закони Ньютона (є базис класичної механіки):

Принцип інерції повідомляє, що будь-яке тіло здатне полягати у спокої чи рухатися рівномірно і прямолінійно лише тому випадку, якщо ніякі інші тіла жодним чином нього не впливають, або якщо вони якимось чином компенсують дію одне одного. Щоб змінити швидкість руху, на тіло необхідно впливати з будь-якою силою, і, звичайно, результат впливу однакової сили на різні за величиною тіла теж відрізнятиметься.
Головна закономірність динаміки стверджує, що чим більша рівнодіюча сил, які зараз впливають на дане тіло, тим більше отримане ним прискорення. І, відповідно, що більша маса тіла, то цей показник менший.
Третій закон Ньютона повідомляє, що будь-які два тіла завжди взаємодіють одне з одним за ідентичною схемою: їхні сили мають одну природу, є еквівалентними за величиною і обов'язково мають протилежний напрямок уздовж прямої, що з'єднує ці тіла.
Принцип відносності стверджує, що це явища, які відбуваються за тих самих умов в інерційних системах відліку, проходять абсолютно ідентичним чином.

Термодинаміка

Шкільний підручник, який відкриває учням основні закони ("Фізика. 7 клас"), знайомить їх і з основами термодинаміки. Її принципи ми розглянемо далі.

Закони термодинаміки, є базовими у галузі науки, мають загальний характері і пов'язані з деталями будови конкретної речовини лише на рівні атомів. До речі, ці принципи важливі як для фізики, а й у хімії, біології, аерокосмічної техніки тощо.

Наприклад, у названій галузі існує правило, що не піддається логічному визначенню, що в замкнутій системі, зовнішні умови для якої незмінні, згодом встановлюється рівноважний стан. І процеси, що тривають у ній, незмінно компенсують один одного.

Ще одне правило термодинаміки підтверджує прагнення системи, що складається з колосального числа частинок, що характеризуються хаотичним рухом, до самостійного переходу з менш ймовірних для системи станів більш ймовірні.

А закон Гей-Люссака (його називають газовим законом) стверджує, що з газу певної маси за умов стабільного тиску результат розподілу його обсягу на абсолютну температуру неодмінно стає величиною постійної.

Ще одне важливе правило цієї галузі – перший закон термодинаміки, який також прийнято називати принципом збереження та перетворення енергії для термодинамічної системи. Згідно з ним, будь-яка кількість теплоти, яку було повідомлено системі, буде витрачено виключно на метаморфозу її внутрішньої енергії та здійснення нею роботи по відношенню до будь-яких діючих зовнішніх сил. Саме ця закономірність і стала базисом на формування схеми роботи теплових машин.

Інша газова закономірність – це закон Шарля. Він говорить, що чим більший тиск певної маси ідеального газу в умовах збереження постійного обсягу, тим більша його температура.

Електрика

Відкриває юним вченим цікаві основні закони фізики 10 класу школи. У цей час вивчаються основні принципи природи та закономірності впливу електричного струму, а також інші нюанси.

Закон Ампера, наприклад, стверджує, що провідники, з'єднані паралельно, якими тече струм у однаковому напрямі, неминуче притягуються, а разі протилежного напрями струму, відповідно, відштовхуються. Іноді таку ж назву використовують для фізичного закону, який визначає силу, що діє в існуючому магнітному полі на невелику ділянку провідника, який на даний момент проводить струм. Її так і називають – сила Ампера. Це відкриття було зроблено вченим у першій половині дев'ятнадцятого століття (а саме 1820 р.).

Закон збереження заряду одна із базових принципів природи. Він говорить, що сума алгебри всіх електричних зарядів, що виникають в будь-який електрично ізольованій системі, завжди зберігається (стає постійною). Незважаючи на це, названий принцип не виключає і виникнення у таких системах нових заряджених частинок внаслідок перебігу деяких процесів. Проте загальний електричний заряд всіх новостворених частинок неодмінно має дорівнювати нулю.

Закон Кулона є одним із основних в електростатиці. Він висловлює принцип сили взаємодії між нерухомими точковими зарядами та пояснює кількісне обчислення відстані між ними. Закон Кулона дозволяє обґрунтувати базові принципи електродинаміки експериментальним чином. Він говорить, що нерухомі точкові заряди неодмінно взаємодіють між собою з силою, яка тим вище, чим більший добуток їх величин і, відповідно, тим менше, чим менше квадрат відстані між зарядами, що розглядаються, і середовища, в якому і відбувається описувана взаємодія.

Закон Ома одна із базових принципів електрики. Він говорить, що чим більше сила постійного електричного струму, що діє на певній ділянці ланцюга, тим більша напруга на її кінцях.

Називають принцип, який дозволяє визначити напрямок у провіднику струму, що рухається в умовах впливу магнітного поля певним чином. Для цього необхідно розташувати кисть правої руки так, щоб лінії магнітної індукції образно торкалися розкритої долоні, а великий палець витягнути за напрямом руху провідника. У такому разі інші чотири випрямлені пальці визначать напрямок руху індукційного струму.

Також цей принцип допомагає з'ясувати точне розташування ліній магнітної індукції прямолінійного провідника, що проводить струм в даний момент. Це відбувається так: помістіть великий палець правої руки таким чином, щоб він вказував, а рештою чотирма пальцями образно обхопіть провідник. Розташування цих пальців продемонструє точний напрямок ліній магнітної індукції.

Принцип електромагнітної індукції є закономірністю, яка пояснює процес роботи трансформаторів, генераторів, електродвигунів. Цей закон полягає в наступному: в замкнутому контурі індукції, що генерується, тим більше, чим більше швидкість зміни магнітного потоку.

Оптика

Галузь "Оптика" також відбиває частину шкільної програми (основні закони фізики: 7-9 класи). Тому ці принципи не такі складні для розуміння, як може здатися на перший погляд. Їхнє вивчення приносить із собою не просто додаткові знання, але краще розуміння навколишньої дійсності. Основні закони фізики, які можна зарахувати до галузі вивчення оптики, такі:

Принцип Ґюйнеса. Він є методом, який дозволяє ефективно визначити в кожну конкретну частку секунди точне положення фронту хвилі. Суть його полягає в наступному: всі точки, які опиняються на шляху біля фронту хвилі в певну частку секунди, по суті, самі по собі стають джерелами сферичних хвиль (вторинних), у той час як розміщення фронту хвилі в ту саму частку секунди є ідентичним поверхні , що огинає всі сферичні хвилі (вторинні). Цей принцип використовується з метою пояснення існуючих законів, пов'язаних із заломленням світла та його відображенням.
Принцип Гюйгенса-Френеля відбиває ефективний метод вирішення питань, що з поширенням хвиль. Він допомагатиме пояснити елементарні завдання, пов'язані з дифракцією світла.
хвиль. Застосовується однаково і для відображення у дзеркалі. Його суть полягає в тому, що як спадаючий промінь, так і той, який був відбитий, а також перпендикуляр, побудований з точки падіння променя, розташовуються в єдиній площині. Важливо також пам'ятати, що кут, під яким падає промінь, завжди абсолютно дорівнює куту заломлення.
Принцип заломлення світла. Це зміна траєкторії руху електромагнітної хвилі (світла) в момент руху з одного однорідного середовища в інше, яке значно відрізняється від першої за рядом показників заломлення. Швидкість поширення світла у них різна.
Закон прямолінійного поширення світла. За своєю суттю він є законом, що відноситься до галузі геометричної оптики, і полягає в наступному: у будь-якому однорідному середовищі (незалежно від її природи) світло поширюється строго прямолінійно, по найкоротшій відстані. Цей закон легко і доступно пояснює утворення тіні.

Атомна та ядерна фізика

Основні закони квантової фізики, а також основи атомної та ядерної фізики вивчаються у старших класах середньої школи та вищих навчальних закладах.

Так, постулати Бора є рядом базових гіпотез, які стали основою теорії. Її суть полягає в тому, що будь-яка атомна система може залишатися стійкою виключно у стаціонарних станах. Будь-яке випромінювання чи поглинання енергії атомом неодмінно відбувається з допомогою принципу, суть якого така: випромінювання, що з транспортацією, стає монохроматичним.

Ці постулати відносяться до стандартної шкільної програми, яка вивчає основні закони фізики (11 клас). Їхнє знання є обов'язковим для випускника.

Основні закони фізики, які має знати людина

Деякі фізичні принципи, хоч і відносяться до однієї з галузей цієї науки, проте мають загальний характер і мають бути відомі всім. Перерахуємо основні закони фізики, які має знати людина:

Закон Архімеда (належить до областей гідро-, а також аеростатики). Він має на увазі, що на будь-яке тіло, яке було занурене в газоподібну речовину або рідину, діє свого роду виштовхувальна сила, яка неодмінно спрямована вертикально вгору. Ця сила завжди чисельно дорівнює вазі витісненої тілом рідини чи газу.
Інше формулювання цього закону таке: тіло, занурене в газ чи рідину, неодмінно втрачає у вазі стільки ж, скільки склала маса рідини чи газу, у який воно було занурено. Цей закон став базовим постулатом теорії плавання тел.
Закон всесвітнього тяжіння (відкритий Ньютоном). Його суть полягає в тому, що абсолютно всі тіла неминуче притягуються один до одного з силою, яка тим більша, чим більший добуток мас даних тіл і, тим менше, чим менше квадрат відстані між ними.

Це і є 3 основні закони фізики, які повинен знати кожен, хто бажає розібратися в механізмі функціонування навколишнього світу та особливостях перебігу процесів, що відбуваються в ньому. Зрозуміти принцип їхньої дії досить просто.

Цінність подібних знань

Основні закони фізики повинні бути в багажі знань людини, незалежно від її віку та роду діяльності. Вони відображають механізм існування всієї сьогоднішньої дійсності, і, по суті, є єдиною константою в світі, що безперервно змінюється.

Основні закони, поняття фізики відкривають нові можливості вивчення навколишнього світу. Їхнє знання допомагає розуміти механізм існування Всесвіту та руху всіх космічних тіл. Воно перетворює нас не на просто виглядачів щоденних подій та процесів, а дозволяє усвідомлювати їх. Коли людина ясно розуміє основні закони фізики, тобто всі процеси, що відбуваються навколо нього, він отримує можливість управляти ними найбільш ефективним чином, здійснюючи відкриття і роблячи тим самим своє життя більш комфортним.

Підсумки

Деякі змушені поглиблено вивчати основні закони фізики для ЄДІ, інші – за діяльністю, а деякі – з наукової цікавості. Незалежно від цілей вивчення цієї науки, користь отриманих знань важко переоцінити. Немає нічого більш задовольняючого, ніж розуміння основних механізмів та закономірностей існування навколишнього світу.

Не залишайтеся байдужими – розвивайтеся!