الفرق بين القانون والمبدأ في الفيزياء

قد تبدو المصطلحات التي يستخدمها العلماء لوصف ما يدرسونه عشوائية. قد يبدو الأمر كما لو أن الكلمات التي يستخدمونها ليست سوى كلمات ليس لها أي شيء آخر. لكن دراسة المصطلحات التي يستخدمها العلماء لوصف الظواهر المختلفة تتيح لك فهمًا أفضل للمعنى الكامن وراءها.

•••سيد حسين أثير

يوضح قانون الجذب العام لنيوتن الطبيعة العامة والقابلة للتعميم للقوانين التي تصف الطبيعة والكون.

يمكن أن تكون الاختلافات بين المصطلحات في معنى قانون الفيزياء ومبادئ الفيزياء محيرة.

• القوانين هي قواعد وأفكار عامة تلتزم بطبيعة الكون بينما تصف المبادئ ظواهر معينة تتطلب الوضوح والتفسير. يمكن لمصطلحات أخرى مثل النظريات والقواعد أن تصف الطبيعة والكون. يمكن أن يؤدي فهم الاختلافات بين هذه المصطلحات في الفيزياء إلى تحسين خطابك ولغتك عند التحدث عن العلوم.

أ قانون هي رؤية مهمة حول طبيعة الكون. يمكن التحقق من القانون بشكل تجريبي من خلال مراعاة الملاحظات حول الكون والسؤال عن القاعدة العامة التي تحكمها. قد تكون القوانين مجموعة واحدة من المعايير لوصف ظواهر مثل قانون نيوتن الأول (سيبقى الكائن في حالة سكون أو تتحرك بسرعة ثابتة ما لم يتم العمل عليها بقوة خارجية) أو معادلة واحدة مثل قانون نيوتن الثاني

يتم استنباط القوانين من خلال الكثير من الملاحظات وحساب الاحتمالات المختلفة للفرضيات المتنافسة. إنهم لا يفسرون الآلية التي تحدث بها الظواهر ، بل يصفون هذه الملاحظات العديدة. أي قانون يمكن أن يفسر هذه الملاحظات التجريبية بشكل أفضل من خلال شرح الظواهر بطريقة عامة وعالمية هو القانون الذي يقبله العلماء. يتم تطبيق القوانين على جميع الكائنات بغض النظر عن السيناريو ولكنها ذات مغزى فقط ضمن سياقات معينة.

أ المبدأ هي قاعدة أو آلية تعمل من خلالها ظواهر علمية محددة. تحتوي المبادئ عادةً على مزيد من المتطلبات أو المعايير عندما يمكن استخدامها. تتطلب عمومًا مزيدًا من التفسير للتعبير عنها بدلاً من معادلة عالمية واحدة.

يمكن أن تصف المبادئ أيضًا قيمًا ومفاهيم محددة مثل الانتروبيا أو مبدأ أرخميدس ، الذي يربط الطفو بوزن الماء المزاح. يتبع العلماء عادة طريقة لتحديد المشكلة ، وجمع المعلومات ، وتشكيل واختبار الفرضيات واستخلاص النتائج عند تحديد المبادئ.

يمكن أن تكون المبادئ أيضًا أفكارًا عامة تحكم تخصصات مثل نظرية الخلية ، ونظرية الجينات ، والتطور ، والتوازن ، وقوانين الديناميكا الحرارية باعتبارها تعريف مبدأ علمي في علم الأحياء إنهم يشاركون في مجموعة متنوعة من الظواهر في علم الأحياء ، وبدلاً من توفير سمة محددة وعالمية للكون ، فإنهم يهدفون إلى تعزيز النظريات والبحث في مادة الاحياء.

هناك أمثلة أخرى للمبادئ العلمية في الحياة اليومية. من المستحيل التمييز بين قوة الجاذبية وقوة القصور الذاتي ، القوة لتسريع الجسم ، والمعروفة باسم مبدأ التكافؤ. يخبرك أنه إذا كنت في مصعد في حالة سقوط حر ، فلن تكون قادرًا على قياس الجاذبية القوة لأنك لا تستطيع التمييز بينها وبين القوة التي تشدك في الاتجاه المعاكس الجاذبية.

قانون نيوتن الأول ، أن الجسم المتحرك سيبقى في حالة حركة حتى يتم التصرف بناءً عليه بواسطة قوة خارجية ، يعني أن الأشياء التي ليس لها صافي قوة (مجموع كل القوى على جسم ما) لن تواجهها التسريع. ستبقى إما في حالة سكون أو تتحرك بسرعة ثابتة ، اتجاه وسرعة الجسم. إنها مركزية جدًا وشائعة للعديد من الظواهر في كيفية ربطها بحركة جسم ما بالقوى التي تعمل عليها بغض النظر عما إذا كانت جرم سماوي أو كرة تستريح على الأرض.

قانون نيوتن الثاني ، F = أماه، يتيح لك تحديد التسارع أو الكتلة من هذه القوة الكلية لهذه الكائنات. يمكنك حساب صافي القوة بسبب جاذبية الكرة الساقطة أو دوران السيارة. هذه الميزة الأساسية للظواهر الفيزيائية تجعلها قانونًا عالميًا.

يوضح قانون نيوتن الثالث هذه الميزات أيضًا. ينص قانون نيوتن الثالث على أنه لكل فعل رد فعل متساوٍ ومعاكس. البيان يعني أنه في كل تفاعل ، هناك زوج من القوى يعمل على الكائنين المتفاعلين. عندما تسحب الشمس الكواكب نحوها أثناء دورانها ، تتراجع الكواكب استجابة لذلك ، تصف قوانين الفيزياء هذه سمات الطبيعة على أنها متأصلة في الكون.

يمكن وصف مبدأ عدم اليقين لهايزنبيرج بأنه "لا يوجد شيء له موقع محدد ، أو مسار محدد ، أو زخم محدد" ، ولكنه يتطلب أيضًا شرحًا إضافيًا للوضوح. عندما حاول الفيزيائي Werner Heisenberg دراسة الجسيمات دون الذرية بدقة متزايدة ، وجد أنه من المستحيل تحديد زخم الجسيم وموضعه في وقت واحد.

استخدم هايزنبرغ الكلمة الألمانية "Ungenauigkeit" ، والتي تعني "عدم الدقة" وليس "عدم اليقين" لوصف هذه الظاهرة التي نسميها مبدأ عدم اليقين. الزخم ، حاصل ضرب سرعة الجسم وكتلته ، وموضعه يكونان دائمًا على مبادلة بين بعضهما البعض.

تصف الكلمة الألمانية الأصلية الظاهرة بشكل أكثر دقة من كلمة "عدم اليقين". يضيف مبدأ عدم اليقين عدم اليقين إلى الملاحظات بناءً على عدم دقة القياسات العلمية للفيزيائي. لأن هذه المبادئ تعتمد بشكل كبير على سياق وشروط المبدأ ، فهي أشبه بالنظريات الإرشادية المستخدمة لعمل تنبؤات حول ظواهر الكون أكثر من القوانين.

إذا درس الفيزيائي حركة الإلكترون في صندوق كبير ، فيمكنه الحصول على فكرة دقيقة إلى حد ما عن كيفية انتقاله في جميع أنحاء الصندوق. ولكن إذا تم جعل الصندوق أصغر وأصغر بحيث لا يستطيع الإلكترون التحرك ، فسنعرف المزيد عن مكان وجود الإلكترون ، لكننا نعرف القليل عن السرعة التي ينتقل بها. بالنسبة للأشياء في حياتنا اليومية ، مثل السيارة المتحركة ، يمكنك تحديد الزخم والموضع ، ولكن لا يزال هناك الكثير كمية صغيرة من عدم اليقين في هذه القياسات لأن أوجه عدم اليقين تكون أكثر أهمية بالنسبة للجسيمات من كل يوم شاء.

بينما تصف القوانين والمبادئ هاتين الفكرتين المختلفتين عبر الفيزياء وعلم الأحياء والتخصصات الأخرى ، النظريات هي مجموعات من المفاهيم والقوانين والأفكار لشرح ملاحظات الكون. تصف نظرية التطور والنظرية النسبية العامة كيف تغيرت الأنواع عبر الأجيال وكيف تشوه الأجسام الضخمة الزمكان من خلال الجاذبية ، على التوالي.

•••سيد حسين أثير

في الرياضيات ، يمكن للباحثين الرجوع إلى النظريات، والادعاءات الرياضية التي يمكن إثباتها أو دحضها ، و lemmas، وعادة ما تستخدم النتائج الأقل أهمية كخطوات لإثبات النظريات. تعتمد نظرية فيثاغورس على هندسة المثلث القائم الزاوية لتحديد طول أضلاعه. يمكن إثباتها رياضيا.

إذا x و ذ هي أي عددين صحيحين على هذا النحو أ = س²- ذ², ب = 2xy، و ج = س 2 + ص 2 ، ومن بعد:

1. أ² + ب² = (س² - ذ²)² + (2xy)²
2. أ² + ب² = س⁴ - 2x²ذ² + س⁴ + 4x²ذ²
3. أ² + ب² = س⁴ + 2x²ذ² + س⁴
4. أ² + ب² = (س² + ص²)²= ج²

•••سيد حسين أثير

قد لا تكون المصطلحات الأخرى واضحة. الفرق بين أ قاعدة ويمكن مناقشة مبدأ ما ، لكن القواعد تشير بشكل عام إلى كيفية تحديد الإجابة الصحيحة من الاحتمالات المختلفة. تتيح قاعدة اليد اليمنى للفيزيائيين تحديد كيفية اعتماد التيار الكهربائي والمجال المغناطيسي والقوة المغناطيسية على اتجاه بعضهم البعض. على الرغم من أنها تستند إلى القوانين الأساسية والنظريات الكهرومغناطيسية ، إلا أنها تستخدم بشكل أكبر "كقاعدة عامة" في حل المعادلات في الكهرباء والمغناطيسية.

يخبرك فحص الخطاب الكامن وراء كيفية تواصل العلماء بالمزيد عما يقصدونه عندما يصفون الكون. إن فهم استخدام هذه المصطلحات وثيق الصلة بفهم معناها الحقيقي.