مقدمة في علم الفيزياء

يعتبر علم الفيزياء من أقدم العلوم التي شغلت تفكير البشرية، حيث بذل العلماء جهوداً كبيرة لفهم نظرياته وتفسير الظواهر الطبيعية. يهدف هذا العلم إلى تعليل أسباب الظواهر الطبيعية وتطوير قوانين تشرح النتائج التي توصل إليها العلماء من خلال الملاحظات والتجارب. ومن خلال تعديلات مستمرة على القوانين والتصورات الأولية، أصبح لدى الفيزياء مكانة مرموقة كمجال من مجالات علم الطبيعة. يدرس علم الفيزياء جميع جوانب المادة، بما في ذلك الحركة والجمود، الطاقة، القدرة، والشغل، إضافةً إلى القوة وأنماطها وتأثيرها، رابطاً ذلك بعاملي الزمان والمكان.

أدى تطور علم الفيزياء إلى ظهور عدة فروع متخصصة تعنى بجوانب محددة من هذا العلم، مثل الفيزياء النووية، الكلاسيكية، الكهرومغناطيسية، التطبيقية، الفلكية، والذرية. وقد ساهم عدد من العلماء البارزين في وضع أسس هذا العلم، ومن أبرز هؤلاء إسحاق نيوتن، ألبرت آينشتاين، ماكس بلانك، وفاراداي، بالإضافة إلى العديد من الأسماء المعروفة في هذا المجال.

القوانين الأساسية في علم الفيزياء

قانون أوم

يعتبر قانون أوم، الذي اكتشفه الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم، من أهم القوانين الأساسية في الكهرباء، حيث يوضح العلاقة بين مقاومة الموصل وشدة التيار الكهربائي وفرق الجهد. ينص القانون على ما يلي:
“عندما يمر تيار كهربائي عبر ناقل معدني، فإن فرق الجهد الكهربائي يتناسب طردياً مع شدة التيار.”

يمكن التعبير عن ذلك بالصيغة: V = IR

• V: تشير إلى فرق الجهد الكهربائي وتقاس بوحدة الفولت.
• I: تشير إلى شدة التيار الكهربائي وتقاس بالأمبير.
• R: تشير إلى مقاومة الموصل المعدني وتقاس بالأوم.

قوانين نيوتن للحركة

تتضمن قوانين نيوتن ثلاثة قوانين أساسية للحركة تحدد تأثير القوى على حركة الأجسام سواء كانت ساكنة أو متحركة.

• القانون الأول: ينص على أن الجسم الساكن يستمر في حالة سكونه، والجسم المتحرك يستمر في حركته بخط مستقيم وسرعة ثابتة ما لم تؤثر عليه قوى خارجية.
• القانون الثاني: ينص على أنه عند تأثير قوة أو عدة قوى على جسم ما، فإن الجسم يكتسب تسارعاً معيناً يتناسب مع كتلته. يمكن التعبير عن هذا القانون بالصيغة: F = ma، حيث إن القوة والتسارع كميتان متجهتان (أي تحددان بمقدار واتجاه).
  • F: تشير إلى القوة وتقاس بوحدة النيوتن.
  • m: تشير إلى كتلة الجسم وتقاس بالجرام أو الكيلوجرام.
  • a: تشير إلى تسارع الجسم وتقاس بالمتر/ثانية مربعة.

• القانون الثالث: ينص على أن: “لكل فعل قوة، هناك رد فعل مساوي له في المقدار ومضاد له في الاتجاه، وهاتان القوتان تؤثران على نفس line of action.”

قوانين الغازات

تشمل هذه القوانين عدة مبادئ وضعت من قبل مجموعة من العلماء لتفسير العلاقة بين درجة الحرارة، الضغط، والحجم بالنسبة للغازات.

قانون بويل:

ينص على أنه “عند ثبات درجة الحرارة T، فإن حجم الغاز V يتناسب عكسياً مع ضغطه P.”

P1V1 = P2V2

قانون شارل:

ينص على أنه “عند ثبات الضغط P، فإن حجم الغاز V يتناسب طردياً مع درجة الحرارة T المقاسة بالكلفن.”

V1/T1 = V2/T2

قانون جاي لوساك:

ينص على أنه “عند ثبات الحجم V، فإن ضغط الغاز P يتناسب طردياً مع درجة الحرارة T المقاسة بالكلفن.”

P1/T1 = P2/T2