Tarihin akışını değiştiren altı fiziksel denklem
Fiziksel denklemler sihir gibidir, sadece geçmişi açıklamakla kalmaz, Halley Kuyruklu Yıldızı'nın neden 76 yılda bir dünyayı ziyaret ettiğini bize bildirirler; ayrıca geleceği tahmin edebilir ve bize evrenin nihai kaderini söyleyebilirler.
Motorlara "verimlilik" gibi "olasılıklara" "sınırlar" eklerler, atomlardaki enerji gibi asla hayal edemeyeceğimiz olasılıkları ortaya çıkarırlar.
Geçtiğimiz birkaç yüzyılda, tarihin akışını sürekli değiştiren birçok basit ve güçlü formül ortaya çıktı. Bugün en kritik olanlardan birkaçına bakacağız.
1. Newton'un ikinci yasası (1687)
Ne diyor?
Kuvvet, kütle çarpı ivmeye eşittir.
Başka bir yol dene...
Boş bir alışveriş sepetini itmek, dolu bir alışveriş sepetinden daha kolaydır.
Bize ne öğretiyor?
O ve Newton'un diğer iki hareket yasası, klasik mekaniğin temelini attı.
Fizikçiler ve mühendisler, kuvvetin değerini hesaplamak için F = ma kullanırlar. Ağırlığınız (Newton cinsinden), kütlenizin (kg) dünyanın yerçekimi ivmesi (yaklaşık 9,8 m / s kare) ile çarpımıdır. Yani fiziksel olarak, 60 kilogramlık "ağırlığınızın" yanlış olduğunu söylerseniz, gerçek ağırlığınız yaklaşık 600 Newton olmalıdır. Bu, tartılırken teraziye uyguladığınız kuvvetin miktarıdır.
Pratik mi
Bu denklem, neredeyse mekanik çağın gelişi için çok önemlidir. Harekete neden olan herhangi bir kuvvet Hesaplamalar için gereklidir.
Motorun araca güç vermek için ne kadar güce ihtiyacı olduğunu, bir uçağın kalkması için ne kadar kaldırma gerektiğini, bir roketin havalanması için ne kadar itme gücü gerektiğini vb.
2. Newton'un evrensel çekim yasası (1687)
Ne diyor?
Uzayda herhangi iki kütle nesnesi birbirine çekilir, ancak bu çekim, mesafe arttıkça hızla azalacaktır.
Başka bir yol dene...
Dünya yüzeyinde "tuzağa düştük" çünkü dünyanın kütlesi bizimkinden çok daha büyük.
Bize ne öğretiyor?
Newton'dan önceki dönemde, evren iki alana bölünmüştü - dünya ve gökyüzü. Ve Newton'un yerçekimi yasası her şey için geçerlidir: Elmayı ağaçtan düşüren kuvvet aynı zamanda ayın dünyanın yörüngesinde dönmesini sağlayan kuvvettir. İlk defa yeryüzündeki günlük yaşam olaylarını gök cisimlerinin hareketine bağlar.
Pratik mi ?
Uzun zamandır asıl amacı hesaplamaktır Gezegen yörüngesi . 1950'lerin ve 1960'ların uzay çağında, pratikte kullanılmaya başlandı. Uydu fırlatma Alçak dünya yörüngesine ve Astronotları aya gönder .
Tek eksiklik ve Newton'un kendisinin kabul ettiği bir başarısızlık, o sırada yerçekimini "neden" bilememesiydi. Yaklaşık 230 yıl sonra, Einstein bu sorunu açıklamak için genel görelilik teorisini önerdi: Yerçekimi, çevreleyen uzay ve zamanı bozan devasa nesneler tarafından üretilir. nın-nin .
Öyle bile olsa, genel görelilik yalnızca, yerçekimi kuvvetinin çok güçlü olduğu veya GPS uyduları gibi doğruluk gereksinimleri yüksek olduğu gibi daha aşırı durumlarda kullanılır. Çoğu durumda, Newtonun 330 yıllık denklemi yeterince iyidir.
3. Termodinamiğin ikinci yasası (1824)
Ne diyor?
Entropi (bir düzensizlik ölçüsü) her zaman artmaktadır.
Başka bir yol dene...
Masaya kahve dökülmesinden endişelenmenize gerek yok, evrenin kaçınılmaz doğası düzensizlik ve kaos.
Bize ne öğretiyor?
19. yüzyılda Fransız fizikçi Sadie Cano, buhar makinesinin verimliliğini analiz etmeye çalıştığında, bilim tarihindeki en derin denklemlerden birine rastladı. Bize bazı süreçlerin geri çevrilemez Evet, ondan zamanın yönünü düşünmeye bile başlayabilirsiniz. En basit ifadelerinden biri, Isı her zaman yüksek sıcaklığa sahip nesnelerden düşük sıcaklığa sahip nesnelere aktarılır .
Daha geniş bir ölçekte de uygulanabilir, bazı insanlar bunu evrenin nihai kaderini tanımlamak için kullanır - "ısı ölümü", yani tüm yıldızlar yanar ve ısı dışında hiçbir şey kalmaz. Diğerleri bunu zamanda geriye gitmek ve evrenin başlangıcını tanımlamak için kullandı - Büyük Patlama anında entropinin sıfır olduğu an.
Pratik mi
Buhar motorlarından içten yanmalı motorlara, soğutma teknolojisinden kimya mühendisliğine kadar sanayi devriminin teknolojik gelişimi için gereklidir. Gerçek bir motorda, bir miktar enerji her zaman boşa harcanır, bu nedenle bu yasa aynı zamanda Sürekli hareket imkansızdır .
4. Maxwell-Faraday denklemleri (1831 ve 1865)
Ne diyor?
Değişen bir manyetik alan (sağda), değişen bir elektrik alanı (solda) oluşturabilir ve bunun tersi de geçerlidir.
Başka bir yol dene...
Elektrik ve manyetizma yakın akrabadır!
Bize ne öğretiyor?
1831'de Michael Faraday, değişen bir manyetik alanın yakındaki bir telde elektrik akımına neden olacağını fark ettiğinde, elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantıyı keşfetti.
Daha sonra, James Clark Maxwell, Faraday tarafından gözlemlenen fenomeni akıllı matematiksel formüllerle dört temel elektromanyetik denklemden birine özetledi.
Pratik mi
Bu dünyayı aydınlatan bir denklemdir. Jeneratörlerin çoğu (ister rüzgar türbinlerinde, kömürle çalışan elektrik santrallerinde veya hidroelektrik barajlarda) mekanik enerjiyi mıknatısları döndürmek suretiyle çalıştırılır; bu işlemi ters yönde çalıştırmak elektrik motorları ile sonuçlanacaktır.
Şu anda bile, Maxwell denklemleri elektrik mühendisliği, iletişim teknolojisi ve optikteki hemen hemen tüm uygulamalarda kullanılmaktadır.
5. Einstein'ın kütle-enerji denklemi (1905)
Ne diyor?
Enerji, kütle çarpı ışık hızının karesine eşittir.
Başka bir yol dene...
Kütle süper konsantre bir enerji şeklidir.
Bize ne öğretiyor?
Formüldeki sabit (ışık hızının karesi) çok büyük bir sayı olduğu için küçük parçacıkların kütlesini dönüştürerek büyük miktarda enerji açığa çıkabilir.
Pratik mi
Bu Einsteinın en ünlü formülü şu anlama gelir: Nükleer fisyon Zaman (yani kararsız bir çekirdek iki küçük çekirdeğe bölünür) Büyük enerji açığa çıktı potansiyel. Bunun nedeni, iki küçük çekirdeğin kütlesinin her zaman orijinal büyük çekirdeğin kütlesinden daha az olması ve eksik kütlenin enerjiye dönüştürülmesidir.
"Yağlı" atom bombası yalnızca 9 Ağustos 1945'te Japonya'nın Nagazaki kentine atıldı bir gram Kütle enerjiye dönüştürülür, ancak patlayıcı güç 20.000 ton TNT'ye eşittir. Einstein bir keresinde Amerika Birleşik Devletleri Başkanı Roosevelt'e atom bombasının geliştirilmesini teşvik ettiği sırada bir mektup imzaladı ve bunu daha sonra hayatında "büyük bir hata" olarak kabul etti.
6. Schrodinger dalga denklemi (1925)
Ne diyor?
Bir parçacığın dalga fonksiyonundaki değişimin (mum çubuğu sembolü Psi gibi) bir parçacığın kinetik enerjisinden (hareket) ve potansiyel enerjisinden (deneyimlenen etkileşim) nasıl hesaplanacağını açıklar.
Başka bir yol dene...
Bu, F = ma'nın kuantum versiyonudur.
Bize ne öğretiyor?
Schrödinger bu denklemi 1925'te önerdi ve fizikçilerin kuantum parçacıklarının nasıl hareket ettiğini ve etkileşime girdiğini hesaplamalarına izin verdi ve bu da yeni kuantum mekaniği teorisini sağlam bir temele oturtdu.
Denklem, dalgaların matematiksel ifadesini kullanır. Atomaltı parçacıklar dalgalandığından, etkileşimleri dalga girişimi olarak tanımlanabilir.
Pratik mi
En basit biçimlerinden birinde, çekirdek etrafındaki elektronların dizilişi ve tüm kimyasal bağlar gibi atomların yapısını açıklar.
Kuantum mekaniğindeki birçok hesaplamada daha yaygın olarak kullanılır ve aynı zamanda lazerler, transistörler ve gelecekteki kuantum bilgisayarlar gibi birçok modern teknolojinin geliştirilmesinin temelini oluşturur.
Yukarıdaki altı formülden hangisi sizi en çok şaşırttı?
