اصل: قانون بنیادین در فیزیک
اصول فیزیک چیستند؟
در فیزیک، یک اصل یک قانون یا قاعده‌ی اساسی است که بر اساس مشاهده‌ها و آزمایش‌های بسیار، درست و قابل اعتماد شناخته شده است. این اصول، مفاهیم پایه‌ای هستند که نظریه‌های پیچیده‌تر بر روی آنها ساخته می‌شوند. برای مثال، اصل اینرسی۵ به ما می‌گوید که یک جسم ساکن تمایل دارد ساکن بماند و یک جسم متحرک تمایل دارد به حرکت خود ادامه دهد، مگر اینکه یک نیروی خارجی به آن وارد شود. این اصل، پایه‌ی اولین قانون حرکت نیوتن است.
یک اصل فیزیکی مانند یک دستورالعمل اساسی برای بازی کردن یک بازی است. شما باید ابتدا قوانین اصلی بازی را بدانید تا بتوانید حرکات پیچیده‌تر را انجام دهید. فیزیکدانان از این اصول برای پیش‌بینی رفتار جهان استفاده می‌کنند.
برخی از مهم‌ترین اصول در فیزیک
فیزیک بر پایه‌ی اصول متعددی استوار است. در جدول زیر، برخی از اساسی‌ترین و شناخته‌شده‌ترین آنها معرفی شده‌اند:
| نام اصل | توضیح ساده | مثال روزمره |
|---|---|---|
| بقای انرژی۲ | انرژی نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود؛ فقط از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. | وقتی توپی را به بالا پرتاب می‌کنید، انرژی جنبشی۶ آن به تدریج به انرژی پتانسیل گرانشی۷ تبدیل می‌شود و در هنگام سقوط، این روند برعکس می‌شود. |
| پایستگی تکانه۳ | در یک سیستم ایزوله، کل تکانه۸ همواره ثابت می‌ماند. | وقتی دو اسکیت‌باز به هم برخورد می‌کنند و از هم دور می‌شوند، جهت و سرعت حرکت آنها را می‌توان با این اصل توضیح داد. |
| قوانین حرکت نیوتن۴ | سه قانون که رابطه بین حرکت یک جسم و نیروهای وارد بر آن را توصیف می‌کنند. | برای به حرکت درآوردن یک سبد خرید سنگین، باید به آن نیرو وارد کنید (قانون دوم). وقتی آن را هل می‌دهید، سبد هم به دستان شما نیرو وارد می‌کند (قانون سوم). |
| اصل ارشمیدس۹ | هر جسمی که در یک سیال غوطه‌ور شود، به اندازه‌ی وزن سیال جابجا شده، نیروی شناوری به سمت بالا تجربه می‌کند. | کشتی‌های فولادی عظیم به دلیل شکل خود حجم زیادی آب جابجا می‌کنند و نیروی شناوری کافی برای شناور ماندن دریافت می‌کنند. |
اصول فیزیک در عمل: از زمین بازی تا فضا
این اصول تنها در کتاب‌های درسی وجود ندارند؛ آنها هر روزه در اطراف ما در حال وقوع هستند. وقتی شما روی سرسره بازی می‌کنید، در حال تجربه‌ی تبدیل انرژی پتانسیل گرانشی (در نقطه‌ی بالایی سرسره) به انرژی جنبشی (در حین پایین آمدن) هستید. این یک نمایش ساده از اصل بقای انرژی است.
در مقیاس بزرگ‌تر، حرکت سیارات به دور خورشید را در نظر بگیرید. این حرکت با استفاده از قانون جهانی گرانش نیوتن۱۰ و قوانین حرکت او به دقت توصیف و پیش‌بینی می‌شود. نیروی گرانش خورشید به عنوان نیروی مرکزگرا عمل می‌کند و سیارات را در مدار خود نگه می‌دارد. بدون این اصول بنیادین، درک منظومه‌ی شمسی غیرممکن بود.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. یک اصل (مانند بقای انرژی) معمولاً به عنوان یک حقیقت اساسی و عمومی پذیرفته شده است. یک نظریه (مانند نظریه نسبیت) یک چارچوب توضیحی است که برای توصیف پدیده‌های طبیعی بر پایه‌ی اصول، قوانین و شواهد تجربی ساخته می‌شود. نظریه‌ها می‌توانند با کشفیات جدید تصحیح یا گسترش یابند، در حالی که اصول پایه معمولاً ثابت‌ترند.
اصول فیزیک در محدوده‌ی آزمایش‌ها و مشاهده‌هایی که تاکنون انجام شده، صحیح هستند. با این حال، علم همیشه در حال پیشرفت است. در مقیاس‌های بسیار کوچک (مثل دنیای کوانتوم) یا بسیار بزرگ و سریع (مثل نزدیک به سرعت نور)، ممکن است برخی از اصول کلاسیک نیاز به بازنگری داشته باشند یا با نظریه‌های کامل‌تری مانند مکانیک کوانتومی۱۱ و نسبیت۱۲ جایگزین شوند. اما برای بیشتر پدیده‌های روزمره، این اصول کاملاً دقیق و کاربردی هستند.
یادگیری اصول فیزیک به ما کمک می‌کند تا جهان اطراف خود را درک کنیم. این اصول پایه‌ی علوم مهندسی، فناوری، نجوم و حتی زیست‌شناسی هستند. از طراحی یک پل مستحکم گرفته تا پرتاب یک فضاپیما، همه بر اساس همین قوانین بنیادین انجام می‌شوند. درک این اصول، توانایی حل مسئله و تفکر منطقی را نیز تقویت می‌کند.
پاورقی
۱ Principle
۲ Conservation of Energy
۳ Conservation of Momentum
۴ Newton's Laws of Motion
۵ Principle of Inertia
۶ Kinetic Energy
۷ Gravitational Potential Energy
۸ Momentum
۹ Archimedes' Principle
۱۰ Newton's Law of Universal Gravitation
۱۱ Quantum Mechanics
۱۲ Theory of Relativity
