Физика — одна из наиболее фундаментальных наук, она изучает законы природы и помогает нам понять мир вокруг нас. За долгие годы исследований физики были открыты и сформулированы множество законов и формул, которые описывают различные физические явления и являются основой для нашего понимания мира.
В этой статье мы представляем вам полный список основных формул и законов в физике. Этот список включает в себя как классическую механику и электродинамику, так и квантовую механику и общую теорию относительности.
Важно отметить, что этот список не исчерпывающий, поскольку в физике существует огромное количество формул и законов. Однако, в нем собраны наиболее важные и широко применимые формулы, которые помогут вам разобраться в основных принципах физики.
Мы надеемся, что этот список будет полезен как для студентов и учащихся физических факультетов, так и для всех, кто интересуется физикой и стремится расширить свои знания в этой области.
Количество основных формул в физике
- Ускорение: a = (v — u) / t, где a — ускорение, v — конечная скорость, u — начальная скорость, t — время перемещения.
- Закон Ньютона: F = m * a, где F — сила, m — масса объекта, a — ускорение.
- Закон Гука: F = k * x, где F — сила, k — коэффициент упругости, x — деформация.
- Закон Кулона: F = k * (q1 * q2) / r^2, где F — сила взаимодействия, k — постоянная взаимодействия, q1 и q2 — заряды взаимодействующих объектов, r — расстояние между зарядами.
- Закон сохранения энергии: E = m * g * h + 1/2 * m * v^2, где E — энергия, m — масса объекта, g — ускорение свободного падения, h — высота, v — скорость объекта.
- Закон сохранения импульса: p = m * v, где p — импульс объекта, m — масса объекта, v — скорость объекта.
- Закон Архимеда: F = p * g * V, где F — сила Архимеда, p — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, V — объем погруженной части тела.
- Формула Ома: I = V / R, где I — сила тока, V — напряжение, R — сопротивление.
- Закон Кеплера: T^2 = k * R^3, где T — период обращения планеты, k — постоянная, R — радиус орбиты планеты.
- Закон всемирного тяготения: F = G * (m1 * m2) / r^2, где F — сила гравитационного притяжения, G — гравитационная постоянная, m1 и m2 — массы взаимодействующих объектов, r — расстояние между объектами.
Это только некоторые из множества формул, используемых в физике. Каждая из этих формул позволяет определить определенные характеристики и взаимосвязи в физических системах. Знание и понимание этих формул является важной основой для изучения и применения законов природы.
Кинематика и динамика
Кинематика изучает движение тел без рассмотрения его причин и основывается на измерении времени и длины.
Равномерное прямолинейное движение: s = v · t, где s — путь, v — скорость, t — время.
Равноускоренное прямолинейное движение: s = v₀ · t + a · t² / 2, где s — путь, v₀ — начальная скорость, a — ускорение, t — время.
Равноускоренное движение с постоянной угловой скоростью: α = ω₀ · t + α · t² / 2, где α — угол поворота, ω₀ — начальная угловая скорость, α — угловое ускорение, t — время.
Динамика изучает причины движения тел и описывает законы сохранения.
Закон Ньютона: F = m · a, где F — сила, m — масса, a — ускорение.
Второй закон Ньютона: F = dp / dt, где F — сила, dp — изменение импульса, dt — изменение времени.
Закон всемирного тяготения: F = G · (m₁ · m₂) / r², где F — сила гравитационного взаимодействия, G — гравитационная постоянная, m₁ и m₂ — массы двух тел, r — расстояние между ними.
Третий закон Ньютона: F₁₂ = -F₂₁, где F₁₂ — сила, действующая со стороны первого тела на второе, F₂₁ — сила, действующая со стороны второго тела на первое.
Закон сохранения импульса: m₁ · v₁ + m₂ · v₂ = m₁ · v₁’ + m₂ · v₂’, где m₁ и m₂ — массы тел до и после взаимодействия, v₁ и v₂ — скорости тел до взаимодействия, v₁’ и v₂’ — скорости тел после взаимодействия.
Электричество и магнетизм
В физике существует множество формул и законов, которые описывают явления в области электричества и магнетизма. Некоторые из этих основных формул и законов включают:
Закон Кулона: Этот закон гласит, что сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Закон Ома: Этот закон определяет зависимость силы тока от напряжения и сопротивления в электрической цепи.
Закон Ампера: Этот закон описывает взаимодействие электрического тока и магнитного поля. Он устанавливает, что вокруг проводника с током создается магнитное поле, а сила взаимодействия между двумя параллельными проводниками с током пропорциональна их токам и обратно пропорциональна расстоянию между ними.
Правило левой руки: Это правило позволяет определить направление силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. По этому правилу, если левая рука поместить так, чтобы большой и указательный пальцы были перпендикулярны между собой и между ними вставить заряженную частицу, то большой палец указывает направление силы, а указательный – направление тока.
Закон Гаусса: Этот закон используется для расчета электрического поля, создаваемого зарядами. Он устанавливает, что поток электрического поля через замкнутую поверхность пропорционален сумме зарядов, заключенных внутри этой поверхности.
Закон Максвелла: Этот закон связывает электрические и магнитные поля и устанавливает, что изменение магнитного поля порождает электрическое поле и наоборот.
Эти формулы и законы, а также многие другие, играют важную роль в понимании и объяснении различных явлений в области электричества и магнетизма.
Оптика и фотоника
Некоторые из основных формул и законов, связанных с оптикой и фотоникой:
- Закон преломления света (закон Снеллиуса)
- Формула преломления света при прохождении через плоскопараллельную пластину
- Формула геометрической оптики для линзы
- Формула для определения угла преломления второго порядка дифракционной решетки
- Закон Мальюса
- Закон отражения света
- Формула Брюстера
- Формула для определения критического угла полного внутреннего отражения
- Формула для расчета угла дифракции на щели
- Формула для расчета числа мод в оптическом волокне
- Закон пропускания света через оптический фильтр
Это лишь некоторые из формул и законов, которые помогают объяснить и предсказать поведение света в различных оптических системах. Знание и применение этих формул и законов позволяет создавать и улучшать множество устройств и технологий, связанных с оптикой и фотоникой.
Термодинамика
Основными формулами и законами в термодинамике являются:
- Первый закон термодинамики – закон сохранения энергии. Формула: ΔU = Q — W, где ΔU – изменение внутренней энергии системы, Q – добавленное тепло, W – совершенная работа.
- Второй закон термодинамики – закон энтропии. Формула: ΔS ≥ 0, где ΔS – изменение энтропии системы.
- Закон Гейтнера – Майо, устанавливающий связь между энтропией, энтальпией и температурой. Формула: ΔS = ΔH/T, где ΔS – изменение энтропии системы, ΔH – изменение энтальпии системы, T – температура.
- Закон Бойля – Мариотта, описывающий зависимость объема газа от давления при постоянной температуре. Формула: P₁V₁ = P₂V₂, где P₁ и P₂ – начальное и конечное давление, V₁ и V₂ – начальный и конечный объем.
- Закон Шарля, связывающий объем газа с температурой при постоянном давлении. Формула: V₁/T₁ = V₂/T₂, где V₁ и V₂ – начальный и конечный объем, T₁ и T₂ – начальная и конечная температура.
Это лишь некоторые из основных формул и законов в термодинамике, которые используются для описания тепловых процессов и преобразования энергии.