فرمول‌هایی که پدیده‌ها را توصیف کرده و علت رخ دادن آن‌ها را مشخص می‌کنند. این فرمول‌ها انواع مختلفی دارند و در شرایط متفاوت کشف شده‌اند. بعضی از آن‌ها نتایج و پیامدهایی از فرمول‌های دیگر هستند؛ به عبارت دیگر از بعضی فرمول‌ها و معادلات فیزیکی برای کشف معادلات دیگر استفاده شده است و می‌توان آن‌ها را زیرمجموعه‌ی یکدیگر دانست.

تعریفی برای معادلات و فرمول‌های فیزیک

برای پی بردن به این که فرمول‌ها و معادلات فیزیک به چه شکل و بر چه اساس کشف شدند، در ابتدا لازم است تعریفی برای این معادلات پیدا کرد. در حقیقت هر یک از معادلات و فرمول‌هایی که در این شاخه‌ی علمی استفاده می‌شوند مدل‌هایی هستند که برای توصیف موقعیت‌ها و پدیده‌هایی که در زمان‌ها و مکان‌های مختلف رخ می‌دهند، بکار می‌روند؛ فرمول‌هایی که پدیده‌ها را توصیف کرده و علت رخ دادن آن‌ها را مشخص می‌کنند. این فرمول‌ها انواع مختلفی دارند و در شرایط متفاوت کشف شده‌اند. بعضی از آن‌ها نتایج و پیامدهایی از فرمول‌های دیگر هستند؛ به عبارت دیگر از بعضی فرمول‌ها و معادلات فیزیکی برای کشف معادلات دیگر استفاده شده است و می‌توان آن‌ها را زیرمجموعه‌ی یکدیگر دانست. در واقع می‌توان از قواعد و اصل‌های اساسی این علم به عنوان ابزاری برای ایده‌پردازی و کشف معادلات و فرمول‌های تازه یاد کرد. البته تمامی فرمول‌هایی که براساس دیگر معادلات کشف می‌شوند کارآمد و مفید نیستند و نتایجی که باید را نخواهند داشت، در نتیجه از نتایج تجربی و انجام آزمایش‌های مختلف جهت تصحیح یک مدل یا فرمول غلط و ناکارآمد استفاده می‌شود. با این حال دانشمندان بزرگی همچون نیوتون، انیشتین، فاینمن یا سایر بزرگان علم فیزیک با ایده‌ها و نظریه‌های مختلف بازی می‌کنند و آن‌ها را به چالش می‌کشند و سپس با سنجش نتایج به دست آمده، به یک فرمول جدید و کاربردی دست پیدا می‌‌کنند. از آنجایی که می‌توان از سایر شاخه‌های علمی به عنوان زیرمجموعه‌ای از علم فیزیک یاد کرد، در نتیجه پیشرفت‌هایی که در هر یک از این شاخه‌ها رخ می‌دهد را می‌توان مدیون استفاده از این فرمول‌ها و قواعد اساسی علم فیزیک دانست.

تعریفی برای معادلات و فرمول‌های فیزیک

کشف فرمول‌های فیزیک بر اساس مشاهدات

علم فیزیک را می‌توان در یک جمله‌ی ساده و کوتاه معنی کرد، در این شاخه‌ی علمی به شناخت جهان پرداخته می‌شود و با بررسی محیط اطراف و مشاهده‌ی پدیده‌های مختلفی که در این محیط شگفت انگیز رخ می‌دهد، می‌توان به حقایق بسیاری پی برده و اصل‌هایی باور نکردنی را کشف و اثبات کرد. جرم، انرژی، دما و سایر معیارهای دیگری که در این جهان مورد سنجش و بررسی قرار می‌گیرند، از نظر فنی و با توجه به قواعد و اصول علم فیزیک در معادلات مختلف به کار می‌روند. ربط دادن ایده‌هایی که در ذهن جرقه می‌خورند به معیارها و نمادهای مختلف ریاضی در نگاه اول چندان مهم به نظر نمی‌رسد و حتی کاملا عجیب خواهد بود. اما از نظر فیزیکدانان هیچ چیز عجیبی در این باره وجود ندارد و بلکه بیان نظریه‌هایی که باعث رسیدن به یک فرمول مهم می‌شود، کاملا حیاتی و مهم است. در این شاخه‌ی علمی این باور وجود دارد که برای کشف یک قانون فیزیکی، لازم است که زیبایی‌های علم ریاضی را نیز در نظر گرفته و از اصول و معیارهای این شاخه‌ی علمی بهره برد. اما سوال اصلی این است که چه چیزی به زیبایی یک معادله کمک می‌کند؟ پاسخ این سوال واضح است، در واقع هنگامی که بتوان از یک معادله یا فرمول به یک نتیجه‌ی حقیقی رسید و داده‌های تجربی را پیش بینی نمود، می‌توان به اعتبار آن تاکید داشت. مسئله این است که چگونه دانشمندان و فیزیکدانان با مشاهده‌ی پدیده‌ها و نظارت بر تغییرات و اتفاقاتی که در جهان رخ می‌دهد، یک فرمول اساسی را کشف کرده و از این تغییر به بهبود یافتن وضعیت کنونی جهان کمک می‌کنند؟

کشف فرمول‌های فیزیک بر اساس مشاهدات

مهم‌ترین فرمول‌های فیزیک و اساس شکل‌گیری آن‌ها

آموزش فیزیک با آموزش فرمول‌ها و معادلات مهمی که از سالیان دور و دراز کشف شده و نقشی بسیار حیاتی در کشف پدیده‌ها و حقایق جهان دارند درآمیخته است. شما برای آشنایی بیشتر با این علم و پی بردن به دلایل رخداد پدیده‌های مهم و بزرگ در جهان، لازم است که با فرمول‌های مهمی که در بحث‌ها و مسائل مختلف این علم مورد استفاده قرار گرفته و باعث دست یافتن به یک اصل و حقیقت مهم می‌شوند آشنا باشید و پایه و اساس کشف این فرمول‌ها را بدانید. برای مثال می‌توان از موارد زیر یاد کرد:

نسبیت خاص:

یکی از مشهورترین نظریه‌های آلبرت انیشتین یعنی نظریه‌ی نسبیت خاص یاد کرد که منجر به کشف معادله‌ی انرژی - جرم شد؛ در این معادله این اصل بیان شد که جرم و انرژی معادل یکدیگر هستند و برای استفاده از این فرمول، تنها کافی است که جرم را در یک عدد بسیار بزرگ همچون C ضرب کرد. این فرمول یکی از مهم‌ترین معادلاتی است که در شاخه‌ی فیزیک هسته‌ای و مطالعه‌ی ذرات از آن استفاده می‌شود. مهم‌ترین تاثیر کشف این فرمول و پدیده‌ای که پس از کشف آن رخ داده و در واقع میراث این معادله می‌باشد، ساخت بمب‌های اتمی توسعه یافته و بکارگیری آن‌ها در جنگ جهانی دوم بود.

قانون دوم نیوتن:

همچنین می‌توان از قانون دوم نیوتون یاد کرد که به عنوان یکی از قدیمی‌ترین فرمول‌ها شناخته می‌شود. در حقیقت این فرمول با توجه به امکان محاسبه‌ی میزان حرکت و جابه‌جایی اجسامی که تحت فشار قرار دارند کشف شد. هر یک از افرادی که قصد دارند تا درباره‌ی رشته‌ی فیزیک مطالعه انجام دهند، پیش از هر چیز باید با قانون دوم نیوتون و فرمول کشف شده براساس این قانون آشنا باشند. از این قانون می‌توان جهت کشف یک توضیح کامل برای رخداد پدیده‌های مختلف جهان استفاده کرد؛ از حرکت اتومبیل‌ها گرفته تا گردش سیارات به دور خورشید.

معادله شرودینگر:

یکی دیگر از مشهورترین فرمول‌ها، معادله‌ی شرودینگر است. مکانیک کوانتومی بزرگ‌ترین تحولی است که در دنیای علمی به وقوع پیوست. نیوتن مبانی مکانیک کلاسیک را فرمول کرد و بر اساس قانون دوم نیوتن، ساختاری جدید از معادله‌ی شرودینگر که در سال 1926 کشف شد را به دست آورد. پس همانطور که گفته شد، یک فرمول می‌توان باعث کشف سایر فرمول‌ها و معادلات شود و در واقع می‌توان از یک فرمول به عنوان یک دستور العمل کارآمد جهت کشف سایر فرمول‌ها استفاده کرد. شاخه‌ی مکانیک کوانتوم بسیار پیچیده است، اما هیچ پیچیدگی در فهم این فرمول‌ها و کاربرد آن‌ها وجود ندارد.

قوانین ماکسول:

از فرمول‌های بسیار مهم دیگر می‌توان به 4 فرمول ماکسول اشاره کرد که براساس آن‌ها می‌توان به یک نتیجه‌ی بسیار مهم رسید که نور یک موج الکترومغناطیسی است؛ در اینجا ممکن است تصویری از نظریه‌ی نسبیت خاص انیشتین در ذهن شما شکل گیرد که مبنای اصلی آن، ثابت بودن سرعت نور است. تمامی این فرمول‌ها تاثیر شگرفی در درک بهتر الکتریسیته داشتند و استفاده از آن‌ها باعث رخداد تغییراتی بسیار مفید در دنیای دیجیتال شد.