物理学是研究物质、能量及它们之间相互作用的自然科学,是理解宇宙运作规律的核心学科。以下是一些关键领域的简要介绍:
经典力学 🌀
- 牛顿运动定律:描述物体运动与受力关系的三大定律,是工程学和日常物理的基础。
- 能量守恒:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一种形式转化为另一种形式。
- 万有引力:任何两个物体之间都存在相互吸引的力,公式为 $ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} $。
电磁学 ⚡
- 电场与磁场:由电荷和电流产生,麦克斯韦方程组统一了它们的理论。
- 电磁波:包括光、无线电波等,以光速传播,公式 $ c = \lambda f $。
- 电路基础:欧姆定律 $ V = IR $ 是分析电流、电压和电阻关系的核心。
热力学 🔥
- 热力学定律:第一定律(能量守恒)、第二定律(熵增原理)等。
- 气体性质:理想气体定律 $ PV = nRT $ 描述压强、体积与温度的关系。
- 热机效率:卡诺定理指出最大效率与温差相关,公式 $ \eta = 1 - \frac{T_c}{T_h} $。
相对论 ⏳
- 狭义相对论:提出时间和空间的相对性,光速是宇宙速度上限。
- 广义相对论:将引力解释为时空弯曲,预言了黑洞和引力波。
- 质能方程:$ E = mc^2 $,揭示质量与能量的等价性。
量子力学 🧪
- 波粒二象性:光和粒子既具有波动性又具有粒子性。
- 不确定性原理:海森堡提出,无法同时精确测量粒子的位置和动量。
- 量子纠缠:粒子间存在非局域关联,是量子通信的基础。
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