المفاهيم الأربعة الأكثر أهمية في الفيزياء

1. الميكانيكا الكلاسيكية (قوانين الحركة):

إذا كنت قد درست أي نوع من العلوم، فربما سمعت قصة إسحاق نيوتن وهو جالس تحت شجرة تفاح وكيف اكتشف قوانين الحركة. في الحقيقة، إن القصة هي ملفقة جزئيا، ولكن هناك بعض الحقيقة في ذلك. في عام 1687، نشر نيوتن كتاب Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica، وهو أول كتاب وضع فيه القوانين الأساسية للحركة أو الميكانيكا الكلاسيكية. وضع نيوتن وشرح القوانين الأساسية الثلاثة للميكانيكا الكلاسيكية:

الجسم الثابت يبقى ثابتةً والجسم المتحرك يبقى متحركاً ما لم يؤثر عليه قوة خارجية.

القوة تساوي زمن تسارع الكتلة (F = ma)

لكل فعل رد فعل مساويه له بالمقدار ومعاكسة له بالاتجاه.

قد تبدو هذه مجرد فكرة مجردة، ولكن عندما تفكر في ذلك، فإن قوانين الميكانيكا هذه واضحة في الحياة اليومية. مثلاً، على سطح مستوي، ستظل الكرة ساكنة ما لم يركلها أحد، أو تهبها الرياح. أو إذا كانت الكرة على التل، تعمل الجاذبية على سحبها إلى الأسفل. وأخيرًا ، ندرك جميعًا أننا إذا اخترقنا جدارًا، فسنخسر يدنا على الأرجح. قد نضرب الحائط بقوة، لكن الجدار يمارس قوة مساوية ومعاكسة في المقابل.

2. الكهرومغناطيسية

ما هو الضوء؟ من المستحيل فهم هذا السؤال البسيط دون الحديث عن الكهرومغناطيسية، وهي واحدة من القوى الأساسية الأربعة التي تحكم الكون. تشير الكهرومغناطيسية إلى القوى التي تولدها الإلكترونات الموجودة في أنواع معينة من المادة في جميع أنحاء الكون.

الشيء الأساسي الذي يجب فهمه هو أن الإشعاع الكهرومغناطيسي يشكل الكثير من حياتنا اليومية. الضوء المرئي نفسه هو أحد أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. أنواع أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي هي الأشعة السينية، موجات الراديو، بينما الكهرباء، بطبيعة الحال، يتم إنشاؤها من خلال التلاعب بالقوى الكهرومغناطيسية.

3. النسبية

النسبية العامة هي مفهوم أساسي في الفيزياء يوصف غالبًا باستخدام تشبيه مركبة متحركة. لنفترض أنك تركب سيارة تسير بسرعة 60 ميل في الساعة. إنها سيارة مكشوفة، والفتحة تكون في الأسفل. عند رمي ​​الكرة مباشرة في الاتجاه المعاكس. ستساعد النسبية على توضيح حقيقة أن هناك منظورين مختلفين حول ما سيحدث للكرة.

من وجهة نظرك، داخل السيارة، قمت بتطبيق قوة تصاعدية واحدة على الكرة. من وجهة نظر شخص خارج السيارة لا تزال الكرة واقفة، كانت الكرة تسير بالفعل 60 ميل في الساعة داخل السيارة عندما ظهرت قوة أخرى أثرت عليها.

هذا مثال بسيط، ولكن يمكن توسيعه ليشمل المقاييس الأكبر: على سبيل المثال، الأرض تدور حاليًا حول الشمس عند حوالي 67000 ميل في الساعة – ولكن بسبب النسبية، فإنها لا تشبه ذلك بالنسبة لنا.

تم توسيع النسبية العامة في أوائل 1900 عندما أنشأ البرت آينشتاين النسبية الخاصة. في كتاباته، نظّر آينشتاين “حد السرعة المطلقة” للضوء – وهي سرعة لا يمكن تجاوزها بغض النظر عن النسبية.

تخيل: أنت ثابت في وسط الفضاء، وقياس السرعة التي يتحرك بها الضوء أمامك. ومصدر الضوء قريب، وثابت. أنت تقيس سرعة الضوء حيث تصل إلى 671 مليون ميل في الساعة.

ثم تجري تجربتين إضافيتين. في البداية، يتم الآن دفع مصدر الضوء بعيدًا عنك بسرعة 300 مليون ميل في الساعة. في الثانية، يتحرك مصدر الضوء نحوك بنفس السرعة. في كل مرة تقيس فيها سرعة الضوء، يكون الرقم هو نفسه: 671 مليون ميل في الساعة.

4. الديناميكا الحرارية

تدور دراسة الديناميكا الحرارية حول العلاقة بين الحرارة والطاقة والعمل الميكانيكي. تدور الديناميكيات الحرارية حول 4 قوانين (يتم ترقيمها إلى سبب غريب من الصفر إلى ثلاثة). تنبثق القوانين من تفسير أساسي للحرارة كحركة.

على المستوى الذري، ما نعتبره “درجة الحرارة” يشير في الواقع إلى الحركة الذرية. في يوم حار ، على سبيل المثال ، تثير الطاقة الشمسية الذرات الموجودة في الغلاف الجوي للأرض لتهتز بسرعة. يحمل هذا الاهتزاز طاقة يتم نقلها إلى بشرتنا ، مما يجعلنا نشعر بالدفء.

ترجمة: خليل عباس

المصادر: 1

المزيد