Σημαντικοί Νόμοι στη Φυσική και οι Εφαρμογές τους

Οι φυσικοί νόμοι είναι οι συνεισφορές που εξάγονται βάσει πολλών ετών επιστημονικής έρευνας, παρατηρήσεων και πειραμάτων που απαιτούν επίμονη απόδοση κάτω από διαφορετικές συνθήκες για να φτάσουν στις εγκαταστάσεις, οι οποίες μπορούν γρήγορα να πιστωθούν παγκοσμίως.

Όλοι γνωρίζουμε ότι ο κόσμος μας εργάζεται πάνω σε ορισμένες αρχές που έχουν σχεδιαστεί από τους επιστήμονές μας με τη μορφή συγκεκριμένων φυσικών νόμων.

Οι βασικοί νόμοι της Φυσικής είναι:

1. Αρχή του Αρχιμήδη

Έλληνας μαθηματικός, ο Αρχιμήδης ανακάλυψε αυτή την αρχή τον τρίτο αιώνα π.Χ. Ισχυρίζεται ότι - όταν ένα σώμα είναι μερικώς ή πλήρως βυθισμένο σε ένα ρευστό, υφίσταται μια ώθηση προς τα πάνω που είναι ίση με το βάρος του ρευστού που αντικαθίσταται από αυτό, δηλαδή η φαινομενική απώλεια βάρους του είναι παρόμοια με το βάρος του υγρού που έχει αντικατασταθεί.

Η μαθηματική εξίσωση που διατυπώνεται από αυτόν τον νόμο είναι:

Fb =ρ x g x V

Πού,

Το Fb είναι η άνωση

ρ είναι η πυκνότητα του υγρού

V είναι ο βυθισμένος τόμος

g είναι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας.

Εφαρμογές της αρχής του Αρχιμήδη είναι  :

• Υποβρύχιο,
• Μπαλόνι θερμού αέρα,
• Υδρόμετρο.

2. Νόμος του Avagadro

Ιταλός επιστήμονας, Anedeos Avagadro ήταν ο δημιουργός αυτού του νόμου το 1811. Επιβεβαιώνει ότι ίσος όγκος όλων των αερίων υπό τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης που περιέχουν ίσο αριθμό μορίων.

Η μαθηματική εξίσωση που διατυπώνεται από αυτόν τον νόμο είναι  :

V ∝ n

V/n =k

Όπου V είναι ο όγκος του αερίου,

n είναι η ποσότητα της αέριας ουσίας σε mole και

Το k είναι μια σταθερά.

Όταν η ποσότητα της αέριας ουσίας αυξάνεται, η ισοδύναμη αύξηση του όγκου που καταλαμβάνει το αέριο δίνεται από:

V1/n1 =V2/n2 =k, σύμφωνα με το νόμο του Avogadro).

Εφαρμογές του νόμου του Avogadro είναι :

• Μπαλόνια

Όταν ανατινάζουμε ένα μπαλόνι, γεμίζουμε περισσότερους μύες αέρα στο μπαλόνι και έτσι διαστέλλεται.

• Ελαστικά

Όταν αντλούμε αέρα μέσα στα ξεφουσκωμένα ελαστικά, αυξάνεται η ποσότητα γραμμομορίων αερίου μέσα στα ελαστικά, γεγονός που αυξάνει τον όγκο των ελαστικών.

• Ανθρώπινοι πνεύμονες

Όταν εισπνέουμε, ο αέρας ρέει μέσα στους πνεύμονές μας και ως εκ τούτου, αυτοί διαστέλλονται ενώ κατά την εκπνοή, ο αέρας ρέει από τους πνεύμονες στο περιβάλλον. Έτσι, οι πνεύμονες συρρικνώνονται.

3. Νόμος του Ohm

Επιβεβαιώνει ότι το ρεύμα που διανύει έναν αγωγό μεταξύ δύο σημείων είναι ευθέως ανάλογο με τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο σημείων εάν η φυσική κατάσταση και η θερμοκρασία κ.λπ. του αγωγού παραμένουν σταθερές.

Η μαθηματική εξίσωση που διατυπώνεται από αυτόν τον νόμο είναι  :

I =V/R

όπου I είναι το ρεύμα μέσω του αγωγού σε μονάδες αμπέρ, V είναι η τάση που μετράται στον αγωγό σε μονάδες βολτ και R είναι η αντίσταση του αγωγού σε μονάδες ohms.

Εφαρμογές του νόμου του Ohm είναι  :

• Ο νόμος του Ohm μας βοηθά να προσδιορίσουμε την τάση ή το ρεύμα ή την σύνθετη αντίσταση ή την αντίσταση ενός γραμμικού ηλεκτρικού κυκλώματος εάν οι άλλες δύο ποσότητες είναι γνωστές σε εμάς.
• Κάνει επίσης πιο απλό τον υπολογισμό της ισχύος.

    

4. Ο νόμος του Coulomb (1738-1806)

Η δύναμη μεταξύ των δύο ηλεκτρικών φορτίων μειώθηκε στο τέταρτο της αρχικής της τιμής όταν η απόσταση μεταξύ τους διπλασιάστηκε. Η μονάδα SI του ηλεκτρικού λογαριασμού "Coulomb" που πήρε το όνομά της από τον Charles Augustin de Coulomb, ο οποίος ανακάλυψε το νόμο.

Η μαθηματική εξίσωση που διατυπώνεται από αυτόν τον νόμο είναι  :

F ∝ q1q2/d2

όπου,

Το ε είναι απόλυτη επιτρεπτότητα,

Το K ή εr είναι η σχετική διαπερατότητα ή ειδική επαγωγική ικανότητα

Το ε0 είναι η διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου.

Το K ή εr ονομάζεται επίσης διηλεκτρική σταθερά του μέσου στο οποίο υπάρχουν τα δύο φορτία.

Εφαρμογές του νόμου του Coulomb είναι  :

• Για να υπολογίσετε την απόσταση και τη δύναμη μεταξύ των δύο φορτίων.
• Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να γίνει γνωστή με τη βοήθεια του νόμου των κουλόμπ.
• Για να υπολογίσετε τη δύναμη σε ένα σημείο λόγω της παρουσίας πολλών σημείων (Θεώρημα υπέρθεσης).

5. Stefan’s Law (1835-1883)

Αυτός ο νόμος δηλώνει ότι η συνολική ενέργεια που ακτινοβολείται από ένα μαύρο σώμα είναι ίδια με την τέταρτη δύναμη της απόλυτης θερμοκρασίας του. Σχετίζεται με τη θερμοκρασία του μαύρου σώματος με την ποσότητα της ισχύος που εκπέμπει ανά μονάδα επιφάνειας.

Η μαθηματική εξίσωση που διατυπώνεται από αυτόν τον νόμο είναι  :

ε =σT4

Πού,

ε =P/A

Εφαρμογές του νόμου του Stefan είναι  :

• Καθορίζει την ποσότητα της θερμότητας που εκπέμπεται από το μαύρο σώμα.
• Μια άλλη εφαρμογή του νόμου είναι η μετατροπή της θερμοκρασίας (K) σε μονάδες έντασης (W.m-2), δηλαδή ισχύς ανά μονάδα επιφάνειας.

6. Ο νόμος του Πασκάλ (1623-1662)

"Με μια αύξηση σε μια ορισμένη ποσότητα πίεσης σε ένα ρευστό, η αλλαγή πίεσης κατανέμεται ομοιόμορφα χωρίς καμία απώλεια". Οι υδραυλικές μηχανές όπως η υδραυλική πρέσα λειτουργούν με αυτήν την αρχή. ΑτμοσφαιρικήΗ ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται όσο αυξάνεται το ύψος. Η μονάδα πίεσης SI είναι «πασκάλ» που πήρε το όνομά της από τον Πασκάλ, ο οποίος ανακάλυψε αυτόν τον νόμο.

Η μαθηματική εξίσωση που διατυπώνεται από αυτόν τον νόμο είναι  :

F =PA

Πού,

F είναι η δύναμη που εφαρμόζεται

P είναι η πίεση που μεταδίδεται

Το A είναι το εμβαδόν διατομής

Εφαρμογές του νόμου του Stefan είναι  :

• Υδραυλική ανύψωση:Λειτουργεί με βάση την αρχή της ίσης μετάδοσης πίεσης σε ένα ρευστό (Νόμος του Πασκάλ).
• Το εσωτερικό των κυλίνδρων φιλοξενεί ένα υγρό που δεν μπορεί να συμπιεστεί.
• Η πίεση που ασκείται στο έμβολο Α μεταδίδεται εξίσου στο έμβολο Β χωρίς καμία απώλεια, η οποία δεν μπορεί να συμπιεστεί κατά τη χρήση του υγρού. Το έμβολο Β χρησιμεύει σημαντικά ως πλατφόρμα για την ανύψωση βαρέων αντικειμένων όπως μεγάλα μηχανήματα ή οχήματα.
• Λίγες ακόμη εφαρμογές περιλαμβάνουν υδραυλικό γρύλο και υδραυλική πρέσα.

Το σύστημα πέδησης των περισσότερων αυτοκινήτων χρησιμοποιεί εξαναγκασμένη ενίσχυση.