เรียนรู้ฟิสิกส์
บทความแนวคิดสั้น ๆ พร้อมลิงก์ไปลองแนวคิดในการจำลองแบบโต้ตอบ
บทความแนวคิด
อธิบายการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไทล์
เมื่อคุณขว้างลูกบอล เตะลูกฟุตบอลขึ้นไปในอากาศ หรือยิงปืนใหญ่ เส้นทางที่เกิดขึ้นคือหนึ่งในรูปทรงที่จดจำได้ง่ายที่สุดในวิชาฟิสิกส์ นั่นคือพาราโบลา การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์วิเคราะห์เรื่องนี้โดยแยกการเคลื่อนที่ของวัตถุออกเป็นสองส่วนที่เป็นอิสระจากกันอย่างสมบูรณ์ — ความเร็วในแนวราบที่คงที่ และความเร็วในแนวดิ่งที่แรงโน้มถ่วงเร่งให้ลดลงอย่างสม่ำเสมอ ทั้งสองส่วนไม่มีความเกี่ยวข้องกันเลย การพิจารณาแยกกันแล้วนำผลลัพธ์มารวมกันใหม่นี่เองที่ทำให้สามารถทำนายได้อย่างแม่นยำว่าวัตถุจะเดินทางไปได้ไกลแค่ไหน อยู่ในอากาศนานเท่าใด และขึ้นไปสูงเพียงใด โดยใช้เพียงจลนศาสตร์พื้นฐานเท่านั้น
กฎของโอห์มกับวงจรกระแสตรง
วงจรทุกวงจรที่คุณสร้างขึ้น — ตั้งแต่ไฟฉายธรรมดาไปจนถึงที่ชาร์จโทรศัพท์ — ต่างอาศัยปริมาณเดียวกันสามอย่าง คือแบตเตอรี่ผลักดันแรงแค่ไหน (แรงดันไฟฟ้า) มีประจุไฟฟ้าไหลออกมามากเท่าใดจากผลนั้น (กระแสไฟฟ้า) และส่วนประกอบที่ขวางทางต้านการไหลนั้นมากน้อยเพียงใด (ความต้านทาน) สำหรับส่วนที่เป็นโอห์มมิก กฎของโอห์ม V = IR ผูกปริมาณเหล่านี้เข้าด้วยกันด้วยความสัมพันธ์เชิงสัดส่วนที่เรียบง่ายพอจะทำนายพฤติกรรมของวงจรได้ด้วยเลขคณิตพื้นฐาน และเป็นรากฐานของเทคนิคการวิเคราะห์วงจรขั้นสูงทุกแบบที่ตามมา ตั้งแต่วงจรอนุกรมและวงจรขนานไปจนถึงวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จริง
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ฉายแสงไปยังผิวโลหะ และภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม มันจะปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมา — ผลลัพธ์ที่ดูแปลกอย่างดื้อรั้นเมื่อฟิสิกส์คลาสสิกพยายามอธิบายมัน ทฤษฎีคลื่นในศตวรรษที่สิบเก้าทำนายว่าแสงที่สลัวกว่าก็ควรจะปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมาได้เช่นกัน เพียงแต่ช้ากว่า หากให้เวลามากพอในการสะสมพลังงาน แต่การทดลองจริงกลับแสดงผลตรงกันข้าม นั่นคือต่ำกว่าความถี่ขีดเริ่มที่ชัดเจนค่าหนึ่ง ไม่ว่าจะใช้ความเข้มแสงมากเท่าใดหรือรอนานเท่าใดก็ไม่สามารถทำให้เกิดอิเล็กตรอนแม้แต่ตัวเดียว ในขณะที่แสงที่จางที่สุดซึ่งอยู่เหนือความถี่นั้นกลับปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมาได้ทันที คำอธิบายของไอน์สไตน์ในปี 1905 — ที่ว่าแสงเองเดินทางมาเป็นก้อนพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง ซึ่งภายหลังเรียกว่าโฟตอน — ได้ไขปริศนานี้และกลายเป็นหนึ่งในผลลัพธ์ที่วางรากฐานของกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1921
คลื่นนิ่งบนสาย
ดีดสายกีตาร์ เป่าปากขวด หรือเขย่าเชือกกระโดดด้วยความเร็วที่พอดี แล้วคุณจะเห็นปรากฏการณ์เดียวกัน นั่นคือคลื่นสองขบวนที่เดินทางสวนทางกันในตัวกลางเดียวกันเกิดการแทรกสอดกันจนเกิดรูปแบบที่ดูเหมือนหยุดนิ่งอยู่กับที่แทนที่จะเคลื่อนที่ไป สิ่งนี้เกิดขึ้นทุกครั้งที่คลื่นสะท้อนจากปลายตรึงหรือปลายอิสระแล้วซ้อนทับกับคลื่นสะท้อนของตัวมันเอง ที่ความถี่ส่วนใหญ่ผลลัพธ์จะเป็นความยุ่งเหยิงไร้ระเบียบ แต่ที่ความถี่เรโซแนนซ์เฉพาะบางค่า การแทรกสอดจะล็อกตัวเป็นรูปแบบที่นิ่งและเป็นระเบียบ ประกอบด้วยจุดที่ไม่เคลื่อนที่เลย (บัพ) และจุดที่แกว่งไปมาระหว่างการกระจัดสูงสุด (ปฏิบัพ) เครื่องดนตรีเกือบทุกชนิด ตั้งแต่เครื่องสาย เครื่องเป่าลม ไปจนถึงหน้ากลอง ล้วนอาศัยพฤติกรรมนี้เองในการสร้างระดับเสียงที่มั่นคง
แรงลอยตัวกับหลักการของอาร์คิมิดีส
เรือบรรทุกสินค้าเหล็กขนาดใหญ่ลอยน้ำได้ ในขณะที่เหรียญเหล็กเล็ก ๆ กลับจมน้ำ — วัสดุเดียวกัน แต่ผลลัพธ์ต่างกันอย่างสิ้นเชิง และคำอธิบายไม่ได้เกี่ยวข้องกับน้ำหนักเพียงอย่างเดียว วัตถุใดก็ตามที่จมอยู่ในของไหลจะดันของไหลส่วนหนึ่งให้เคลื่อนออกไป และของไหลจะดันกลับด้วยแรงในทิศขึ้นที่มีขนาดเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่พอดี — ความสัมพันธ์นี้ถูกค้นพบเมื่อกว่าสองพันปีก่อนโดยอาร์คิมิดีส และยังคงถูกสอนโดยไม่เปลี่ยนแปลง ในฐานะหนึ่งในกฎเชิงปริมาณที่เก่าแก่ที่สุดของวิชาฟิสิกส์ แรงดันขึ้นนี้จะเพียงพอที่จะพยุงวัตถุไว้ได้หรือไม่นั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับน้ำหนักเพียงอย่างเดียว แต่ขึ้นอยู่กับรูปทรงด้วย ตัวเรือแทนที่น้ำในปริมาตรมหาศาลเมื่อเทียบกับน้ำหนักของมัน ในขณะที่เหรียญตันแทนที่น้ำเพียงเล็กน้อยเท่านั้น