Skillnaden mellan lag och princip i fysik

Termerna som forskare använder för att beskriva vad de studerar kan verka godtyckliga. Det kan verka som om ord de använder bara är ord med inget annat för dem. Men genom att studera de termer som forskare använder för att beskriva olika fenomen kan du bättre förstå innebörden bakom dem.

•••Syed Hussain Ather

Newtons lag om universell gravitation visar den universaliserbara, gemensamma karaktären hos lagar som beskriver naturen och universum.

Skillnaderna mellan terminologi i betydelsen av en fysiklag och fysikens principer kan vara förvirrande.

• Lagar är allmänna regler och idéer som följer universums natur medan principer beskriver specifika fenomen som kräver klarhet och förklaring. Andra termer som teoremer, teorier och regler kan beskriva naturen och universum. Att förstå skillnaderna mellan dessa termer i fysik kan förbättra din retorik och språk när du talar om vetenskap.

A lag är en viktig insikt om universums natur. En lag kan verifieras experimentellt genom att ta hänsyn till observationer om universum och fråga vilken allmän regel som styr dem. Lagar kan vara en uppsättning kriterier för att beskriva fenomen som Newtons första lag (ett objekt kommer att förbli i vila eller rör sig med en konstant hastighetsrörelse såvida det inte påverkas av en extern kraft) eller en ekvation som Newtons andra lag

Lagar härleds genom massor av observationer och redovisning av olika möjligheter för konkurrerande hypoteser. De förklarar inte en mekanism genom vilken ett fenomen uppstår, utan snarare beskriver dessa många observationer. Vilken lag som bäst kan redogöra för dessa empiriska observationer genom att förklara fenomen på ett allmänt, universaliserat sätt är den lag som forskare accepterar. Lagar tillämpas på alla objekt oavsett scenario men de är bara meningsfulla inom vissa sammanhang.

A princip är en regel eller mekanism genom vilken specifika vetenskapliga fenomen fungerar. Principer har vanligtvis fler krav eller kriterier när de kan användas. De kräver i allmänhet mer förklaring för att artikulera i motsats till en enda universell ekvation.

Principer kan också beskriva specifika värden och begrepp som entropi eller Archimedes-principen, som relaterar flytkraft till vikten på förskjutet vatten. Forskare följer vanligtvis en metod för att identifiera ett problem, samla in information, forma och testa hypoteser och dra slutsatser när de bestämmer principer.

Principer kan också vara allmänna idéer som styr discipliner som cellteori, genteori, evolution, homeostas och termodynamiklagar som en vetenskaplig principdefinition i biologi De är involverade i en mängd olika fenomen inom biologin och i stället för att tillhandahålla ett bestämt, universellt inslag i universum, är de avsedda att främja teorier och forskning inom biologi.

Det finns andra exempel på vetenskapliga principer i vardagen. Det är omöjligt att skilja mellan en gravitationskraft och tröghetskraften, kraften för att påskynda ett objekt, känd som principen om ekvivalens. Det säger att om du befinner dig i en hiss i fritt fall, skulle du inte kunna mäta gravitationen kraft eftersom du inte kunde skilja mellan den och den kraft som drar dig i motsatt riktning mot allvar.

Newtons första lag, att ett objekt i rörelse kommer att förbli i rörelse tills det påverkas av en extern kraft, betyder att objekt som inte har någon nettokraft (summan av alla krafter på ett objekt) inte kommer att uppleva acceleration. Det kommer antingen att vara i vila eller röra sig med en konstant hastighet, ett objekts riktning och hastighet. Det är väldigt centralt och gemensamt för många fenomen i hur det förbinder ett objekts rörelse med de krafter som verkar på det oavsett om det är en himmelsk kropp eller en boll som vilar på marken.

Newtons andra lag, F = ma, låter dig bestämma accelerationen eller massan från denna nettokraft för dessa objekt. Du kan beräkna nettokraften på grund av gravitationen hos en fallande boll eller en bil som gör en sväng. Detta grundläggande inslag i fysiska fenomen gör det till en universaliserad lag.

Newtons tredje lag illustrerar också dessa funktioner. Newtons tredje lag säger att för varje handling finns en lika och motsatt reaktion. Uttalandet betyder att i varje interaktion finns det ett par krafter som verkar på de två interagerande objekten. När solen drar planeterna mot den när de kretsar, drar planeterna tillbaka som svar. Dessa fysiklagar beskriver dessa egenskaper i naturen som inneboende i universum.

Heisenbergs osäkerhetsprincip kan beskrivas som "ingenting har en bestämd position, en bestämd bana eller ett bestämt momentum", men det kräver också ytterligare förklaringar för tydlighet. När fysiker Werner Heisenberg försökte studera subatomära partiklar med ökad precision, fann han det omöjligt att exakt bestämma en partikels momentum och position samtidigt.

Heisenberg använde det tyska ordet "Ungenauigkeit", vilket betyder "oprecision", inte "osäkerhet" för att beskriva detta fenomen som vi skulle kalla Osäkerhetsprincip. Drivkraften, produkten av ett objekts hastighet och massa, och position är alltid i en avvägning mellan varandra.

Det ursprungliga tyska ordet beskriver fenomenen mer exakt än ordet "osäkerhet" gör. Osäkerhetsprincipen lägger till osäkerhet i observationer baserade på den fysiska vetenskapliga mätningens precision. Eftersom dessa principer beror mycket på principens sammanhang och förhållanden, är de mer som vägledande teorier som används för att göra förutsägelser om universums fenomen än vad lagar är.

Om en fysiker studerade rörelsen av en elektron i en stor låda, kunde hon få en ganska exakt uppfattning om hur den skulle färdas genom lådan. Men om lådan gjordes mindre och mindre så att elektronen inte kunde röra sig, skulle vi veta mer om var elektronen är, men veta mycket mindre om hur snabbt den färdades. För föremål i vårt dagliga liv, som en bil i rörelse, kan du bestämma fart och position, men det skulle fortfarande finnas en mycket liten osäkerhet med dessa mätningar eftersom osäkerheterna är mycket viktigare för partiklar än vardagen föremål.

Medan lagar och principer beskriver dessa två olika idéer inom fysik, biologi och andra discipliner, teorier är samlingar av begrepp, lagar och idéer för att förklara observationer av universum. Evolutionsteorin och den allmänna relativitetsteorin beskriver hur arter har förändrats under generationer och hur massiva föremål förvränger rymdtid genom gravitationen.

•••Syed Hussain Ather

I matematik kan forskare hänvisa till satser, matematiska påståenden som kan bevisas eller motbevisas, och lemmor, mindre viktiga resultat som vanligtvis används som steg för att bevisa satser. Den pythagoreiska satsen beror på geometrin hos en rätt triangel för att bestämma längden på deras sidor. Det kan bevisas matematiskt.

Om x och y är två heltal så att a = x²- y², b = 2xyoch c = x2 + y2, sedan:

1. a² + b² = (x² - y²)² + (2xy)²
2. a² + b² = x⁴ - 2x²y² + x⁴ + 4x²y²
3. a² + b² = x⁴ + 2x²y² + x⁴
4. a² + b² = (x² + y²)²= c²

•••Syed Hussain Ather

Andra villkor kanske inte är lika tydliga. Skillnaden mellan a regel och en princip kan debatteras, men regler hänvisar i allmänhet till hur man bestämmer rätt svar från olika möjligheter. Den högra regeln låter fysiker bestämma hur elektrisk ström, magnetfält och magnetisk kraft beror på varandras riktning. Även om det bygger på grundläggande lagar och teorier om elektromagnetism, används det mer som en allmän "tumregel" för att lösa ekvationer inom elektricitet och magnetism.

Att undersöka retoriken bakom hur forskare kommunicerar berättar mer om vad de menar när de beskriver universum. Att förstå användningen av dessa termer är relevant för att förstå deras verkliga betydelse.