Verschil tussen wet en principe in de natuurkunde

De termen die wetenschappers gebruiken om te beschrijven wat ze bestuderen, kunnen willekeurig lijken. Het lijkt misschien alsof woorden die ze gebruiken alleen woorden zijn die niets anders voor hen hebben. Maar door de termen te bestuderen die wetenschappers gebruiken om verschillende verschijnselen te beschrijven, kun je de betekenis erachter beter begrijpen.

•••Syed Hussain Ather

Newtons wet van universele zwaartekracht demonstreert de universaliseerbare, gemeenschappelijke aard van wetten die de natuur en het universum beschrijven.

De verschillen tussen terminologie in de betekenis van een natuurkundige wet en natuurkundige principes kunnen verwarrend zijn.

• Wetten zijn algemene regels en ideeën die aansluiten bij de aard van het universum, terwijl principes specifieke verschijnselen beschrijven die duidelijkheid en uitleg vereisen. Andere termen zoals stellingen, theorieën en regels kunnen de natuur en het universum beschrijven. Als u de verschillen tussen deze termen in de natuurkunde begrijpt, kunt u uw retoriek en taal verbeteren wanneer u over wetenschap spreekt.

EEN wet is een belangrijk inzicht in de aard van het heelal. Een wet kan experimenteel worden geverifieerd door rekening te houden met waarnemingen over het heelal en door te vragen welke algemene regel daarvoor geldt. Wetten kunnen een reeks criteria zijn voor het beschrijven van verschijnselen zoals de eerste wet van Newton (een object blijft in rust of bewegen met een constante snelheidsbeweging tenzij er een externe kracht op inwerkt) of een vergelijking zoals de tweede wet van Newton (F = ma voor netto kracht, massa en versnelling).

Wetten worden afgeleid door veel observaties en rekening te houden met verschillende mogelijkheden van concurrerende hypothesen. Ze verklaren niet het mechanisme waardoor een fenomeen optreedt, maar beschrijven deze talrijke waarnemingen. De wet die deze empirische waarnemingen het beste kan verklaren door verschijnselen op een algemene, universele manier te verklaren, is de wet die wetenschappers aanvaarden. Wetten worden toegepast op alle objecten, ongeacht het scenario, maar ze hebben alleen betekenis binnen bepaalde contexten.

EEN beginsel is een regel of mechanisme waardoor specifieke wetenschappelijke fenomenen werken. Principes hebben doorgaans meer vereisten of criteria wanneer ze kunnen worden gebruikt. Ze vereisen over het algemeen meer uitleg om te articuleren in tegenstelling tot een enkele universele vergelijking.

Principes kunnen ook specifieke waarden en concepten beschrijven, zoals entropie of het Archimedes-principe, dat het drijfvermogen relateert aan het gewicht van verplaatst water. Wetenschappers volgen doorgaans een methode voor het identificeren van een probleem, het verzamelen van informatie, het vormen en testen van hypothesen en het trekken van conclusies bij het bepalen van principes.

Principes kunnen ook algemene ideeën zijn die disciplines beheersen zoals celtheorie, gentheorie, evolutie, homeostase en wetten van de thermodynamica, die een wetenschappelijke principedefinitie zijn in biologie Ze zijn betrokken bij een verscheidenheid aan fenomenen in de biologie en in plaats van een definitief, universeel kenmerk van het universum te bieden, zijn ze bedoeld om theorieën en onderzoek in biologie.

Er zijn andere voorbeelden van wetenschappelijke principes in het dagelijks leven. Het is onmogelijk om onderscheid te maken tussen een zwaartekracht en de traagheidskracht, de kracht om een ​​object te versnellen, bekend als het equivalentieprincipe. Het vertelt je dat als je in een vrije val in een lift zit, je de zwaartekracht niet zou kunnen meten kracht omdat je geen onderscheid kon maken tussen die kracht en de kracht die je in de tegenovergestelde richting trekt zwaartekracht.

De eerste wet van Newton, dat een bewegend object in beweging blijft totdat er een externe kracht op inwerkt, betekent dat objecten die geen netto kracht hebben (de som van alle krachten op een object) niet zullen ervaren versnelling. Het zal ofwel in rust blijven of bewegen met een constante snelheid, de richting en snelheid van een object. Het is heel centraal en gebruikelijk voor veel verschijnselen in hoe het de beweging van een object verbindt met de krachten die erop inwerken, of het nu een hemellichaam is of een bal die op de grond rust.

De tweede wet van Newton, F = ma, laat je de versnelling of massa bepalen van deze nettokracht voor deze objecten. Je kunt de netto kracht berekenen als gevolg van de zwaartekracht van een vallende bal of een auto die een bocht maakt. Dit fundamentele kenmerk van fysieke verschijnselen maakt het tot een universele wet.

De derde wet van Newton illustreert deze kenmerken ook. De derde wet van Newton stelt dat er voor elke actie een gelijke en tegengestelde reactie is. De verklaring betekent dat er bij elke interactie een paar krachten is die op de twee op elkaar inwerkende objecten inwerken. Wanneer de zon de planeten naar zich toe trekt terwijl ze ronddraaien, trekken de planeten zich terug. Deze natuurwetten beschrijven deze kenmerken van de natuur als inherent aan het universum.

Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg kan worden omschreven als "niets heeft een bepaalde positie, een bepaald traject of een bepaald momentum", maar het vereist ook verdere uitleg voor de duidelijkheid. Toen natuurkundige Werner Heisenberg probeerde subatomaire deeltjes met verhoogde precisie te bestuderen, vond hij het onmogelijk om het momentum en de positie van een deeltje tegelijkertijd precies te bepalen.

Heisenberg gebruikte het Duitse woord "Ungenauigkeit", wat "onnauwkeurigheid" betekent en niet "onzekerheid" om dit fenomeen te beschrijven dat we de Onzekerheidsprincipe. Het momentum, het product van de snelheid en massa van een object en de positie zijn altijd in een afweging tussen elkaar.

Het oorspronkelijke Duitse woord beschrijft de verschijnselen nauwkeuriger dan het woord "onzekerheid". Het onzekerheidsprincipe voegt onzekerheid toe aan waarnemingen op basis van de onnauwkeurigheid van de wetenschappelijke metingen van een natuurkundige. Omdat deze principes sterk afhankelijk zijn van de context en voorwaarden van het principe, lijken ze meer op leidende theorieën die worden gebruikt om voorspellingen te doen over de verschijnselen in het universum dan wetten.

Als een natuurkundige de beweging van een elektron in een grote doos zou bestuderen, zou ze een redelijk nauwkeurig idee kunnen krijgen van hoe het door de doos zou reizen. Maar als de doos kleiner en kleiner zou worden gemaakt zodat het elektron niet kan bewegen, zouden we meer weten over waar het elektron is, maar veel minder over hoe snel het reisde. Voor objecten in ons dagelijks leven, zoals een rijdende auto, kun je het momentum en de positie bepalen, maar er zou nog steeds een zeer kleine hoeveelheid onzekerheid met deze metingen omdat de onzekerheden veel belangrijker zijn voor deeltjes dan alledaags voorwerpen.

Terwijl wetten en principes deze twee verschillende ideeën in natuurkunde, biologie en andere disciplines beschrijven, theorieën zijn verzamelingen van concepten, wetten en ideeën om waarnemingen van het universum te verklaren. De evolutietheorie en de algemene relativiteitstheorie beschrijven respectievelijk hoe soorten in de loop van generaties zijn veranderd en hoe massieve objecten ruimte-tijd vervormen door zwaartekracht.

•••Syed Hussain Ather

In de wiskunde kunnen onderzoekers verwijzen naar: stellingen, wiskundige beweringen die kunnen worden bewezen of weerlegd, en lemma's, minder belangrijke resultaten die gewoonlijk worden gebruikt als stappen om stellingen te bewijzen. De stelling van Pythagoras is afhankelijk van de geometrie van een rechthoekige driehoek om de lengte van hun zijden te bepalen. Het kan wiskundig worden bewezen.

Als X en ja zijn twee gehele getallen zodanig dat a = x²y², b = 2xy, en c = x2 + y2, dan:

1. een² + b² = (x² y²)² + (2x)²
2. een² + b² = x⁴ − 2x²ja² + x⁴ + 4x²ja²
3. een² + b² = x⁴ + 2x²ja² + x⁴
4. een² + b² = (x² + ja²)²= c²

•••Syed Hussain Ather

Andere termen zijn misschien niet zo duidelijk. Het verschil tussen een regel en een principe kan worden besproken, maar regels verwijzen over het algemeen naar hoe het juiste antwoord uit verschillende mogelijkheden te bepalen. Met de rechterhandregel kunnen natuurkundigen bepalen hoe elektrische stroom, magnetisch veld en magnetische kracht van de richting van elkaar afhangen. Hoewel het gebaseerd is op fundamentele wetten en theorieën van elektromagnetisme, wordt het meer gebruikt als een algemene "vuistregel" bij het oplossen van vergelijkingen in elektriciteit en magnetisme.

Het onderzoeken van de retoriek achter hoe wetenschappers communiceren, vertelt je meer over wat ze bedoelen als ze het universum beschrijven. Het begrijpen van het gebruik van deze termen is relevant om hun ware betekenis te begrijpen.