จุดเดือดและจุดหลอมเหลว

จุดเดือดของธาตุหรือสสารเป็นอุณหภูมิซึ่งความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันของสิ่งแวดล้อมที่อยู่รอบของเหลวนั้น

ของเหลวในสิ่งแวดล้อมที่เป็นสุญญากาศมีจุดเดือดต่ำกว่าของเหลวที่ความดันบรรยากาศ ของเหลวในสิ่งแวดล้อมความดันสูงจะมีจุดเดือดสูงกว่าของเหลวที่ความดันบรรยากาศ จึงอาจกล่าวได้ว่า จุดเดือดของของเหลวมีได้หลากหลายขึ้นอยู่กับความดันของสิ่งแวดล้อม (ซึ่งมักแตกต่างกันไปตามความสูง) ในความดันเท่ากัน ของเหลวต่างชนิดกันย่อมเดือดที่อุณหภูมิต่างกัน

จุดเดือดปกติ (หรือเรียกว่า จุดเดือดบรรยากาศหรือจุดเดือดความดันบรรยากาศ) ของของเหลวเป็นกรณีพิเศษซึ่งความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล คือ 1บรรยากาศ ที่อุณหภูมินั้น ความดันไอของของเหลวจะมากพอที่จะเอาชนะความดันบรรยากาศและให้ฟองไอก่อตัวภายในความจุของเหลว จุดเดือดมาตรฐานปัจจุบัน (จนถึง ค.ศ. 1982) นิยามโดยIUPAC ว่าเป็นอุณหภูมิซึ่งเกิดการเดือดขึ้นภายใต้ความดัน 1 บาร์

จุดหลอมเหลว คือ จุดที่สารเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว จุดหลอมเหลวนี้มีค่าเท่ากับจุดเยือกแข็ง เพียงแต่จุดเยือกแข็งใช้เรียกเมื่อสารเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของแข็ง ตัวอย่างเช่น น้ำ มีจุดหลอมเหลว เป็น 0 องศาเซลเซียส (Celsius) หมายความว่า น้ำแข็ง ซึ่งเป็นสถานะของแข็งของน้ำจะกลายสถานะเป็นของเหลวเมื่ออุณหภูมิมากกว่า 0 องศาเซลเซียส และน้ำก็มีจุดเยือกแข็งที่ 0 องศาเซลเซียส อธิบายว่า น้ำสถานะของเหลวจะกลายสถานะเป็นของแข็งเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันเป็นกฎที่อธิบายธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆ ในเอกภพ ผู้เสนอคือไอแซก นิวตัน นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน มีด้วยกัน 3 ข้อ

กฎข้อที่ 1.วัตถุใดอยู่กับที่ก็จะอยู่กับที่จนกว่าจะมีแรงมากระทำจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่และถ้าวัตถุกำลังเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วสม่ำเสมอก็เคลื่อนที่ต่อไปจนกว่าจะมีแรงมากระทำให้วัตถุเปลี่ยนทิศหรือเปลี่ยนแปลงความเร็ว

กฎข้อที่ 2. ถ้ามีแรงจากภายนอกมากระทำต่อวัตถุจะทำให้วัตถุเคลื่อนที่และมีความเร็วเพิ่มขึ้น

กฎข้อที่ 3.เมื่อมีแรงกระทำจะมีแรงต่อต้านการกระทำที่มีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงข้าม

กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน

ชาวกรีกโบราณได้สังเกตว่าวัตถุทุกชนิดจะมีตำแหน่งหยุดนิ่งตามธรรมชาติโดยวัตถุจะพยายามเคลื่อนที่เข้าหาตำแหน่งนี้เช่นก้อนหินตกลงสู่พื้นควันลอยขึ้นสู่อากาศเมื่อใดที่วัตถุอยู่ณตำแหน่งหยุดนิ่งตามธรรมชาติแล้ววัตถุจะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยตัวมันเองและการที่วัตถุเคลื่อนที่ได้นั้นจะต้องมีแรงมากระทำมัน

ความเฉื่อยในคริสต์ศตวรรษที่ 16 นักดาราศาสตร์ชาวอิตาลีชื่อกาลิเลโอกาลิเลอิได้ตั้งข้อสงสัยกับแนวความคิดที่ว่าถ้าต้องการให้วัตถุคงสภาพการเคลื่อนที่ต่อไปจะต้องมีแรงกระทำกับวัตถุเขาจึงเสนอแนวคิดใหม่เมื่อวัตถุเคลื่อนที่แล้วไม่จำเป็นจะต้องมีแรงดึงหรือแรงผลักเพื่อให้วัตถุนั้นคงสภาพการเคลื่อนที่ต่อไปแต่ถ้าเราต้องการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุเราจำเป็นจะต้องออกแรงกระทำกับวัตถุนั้นแต่ไม่ว่าวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่หรืออยู่นิ่งเมื่อใดมีแรงมากระทำวัตถุทุกชนิดจะพยายามต่อต้านการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่เราเรียกการต่อต้านการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ว่าความเฉื่อยความเฉื่อยจึงเป็นแนวโน้มที่วัตถุต่อต้านการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่

แนวคิดของกาลิเลโอนี้เป็นแนวทางให้กับแนวคิดของนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษผู้หนึ่งคือเซอร์ไอแซคนิวตันในปลายคริสต์ศตวรรษที่ 16 นิวตันได้ค้นพบกฎพื้นฐานสามข้อที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่โดยกฎข้อที่หนึ่งนั้นมาจากแนวคิดของกาลิเลโอกฎข้อที่หนึ่งของนิวตันกล่าวว่าวัตถุที่อยู่นิ่งจะยังคงสภาพอยู่นิ่งและวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ก็ยังคงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ต่อไปจนกว่าจะมีแรงที่ไม่สมดุลมากระทำเรามักเรียกกฎข้อนี้ว่าเป็นกฎของความเฉื่อย ( Law of Inertia ) เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวันสามารถอธิบายได้ด้วยความเฉื่อยตัวอย่างเช่นถ้านั่งอยู่ในรถยนต์ที่หยุดอย่างกระทันหันความเฉื่อยจะทำให้ตัวยังคงเคลื่อนที่ต่อไปข้างหน้าดังนั้นจึงต้องการแรงมาช่วยทำให้หยุดการเคลื่อนที่ได้ซึ่งแรงนั้นมาจากเข็มขัดนิรภัยแต่ในกรณีที่ไม่ได้คาดเข็มขัดนิรภัยแรงนั้นอาจจะมาจากกระจกหน้ารถยนต์ก็ได้

มวลระหว่างขวดที่เต็มไปด้วยเหรียญและขวดที่เต็มไปด้วยเม็ดโฟมเราจะเลื่อนขวดใดได้ยากกว่ากันแน่นอนว่าเราจะเลื่อนขวดที่ใส่เหรียญได้ยากกว่าความแตกต่างระหว่างขวดทั้งสองนี้คืออะไรขวดทั้งสองมีขนาดบรรจุเท่ากันหรือมีปริมาตรเท่ากันแต่ขวดทั้งสองแตกต่างกันที่มวลของแต่ละขวดมวล (Mass) คือปริมาณของสสารที่อยู่ในวัตถุขวดที่ใส่เหรียญจะมีมวลมากกว่าขวดที่ใส่โฟม หน่วย SI ของมวลคือกิโลกรัมรถยนต์ขนาดเล็กอาจมีมวลประมาณ 1,000 กิโลกรัมรถจักรยานอาจมีมวลประมาณ 10 กิโลกรัมและตัวเราเองอาจมีมวลประมาณ 45 กิโลกรัมจะใช้หน่วยกรัม ( 1 กิโลกรัม = 1,000 กรัม ) ในการบอกมวลของวัตถุที่มีขนาดเล็ก ความเฉื่อยของวัตถุขึ้นกับมวลของวัตถุวัตถุมีมวลมากจะมีความเฉื่อยมากดังนั้นมวลจึงถูกให้นิยามได้ว่าเป็นปริมาณที่ใช้วัดความเฉื่อยของวัตถุ

กฎข้อที่สองของนิวตัน

กฎข้อที่สองของนิวตันเป็นการอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงมวลและความเร่งแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับผลคูณระหว่างความเร่งและมวลของวัตถุนั้นความสัมพันธ์ระหว่างแรงมวลและความเร่งสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

แรง = มวล x ความเร่ง

เราเรียกสมการนี้ว่ากฎข้อที่สองนิวตัน ก็เช่นเดียวกับทุกสมการต้องให้ความสำคัญกับหน่วยของปริมาณที่วัดเมื่อหน่วยของความเร่งคือเมตรต่อวินาทีต่อวินาที m/ และมวลมีหน่วยเป็นกิโลกรัมดังนั้นแรงจึงมีหน่วยเป็นกิโลกรัม x เมตรต่อวินาทีต่อวินาที ( kg.m/ ) หรือเรียกหน่วยนี้ว่านิวตัน ( N ) เพื่อเป็นเกียรติแก่ไอแซคนิวตัน 1 นิวตันมีค่าเท่ากับแรงที่ใช้เพื่อทำให้วัตถุมวล 1 กิโลกรัมมีความเร่งเท่ากับ 1 เมตรต่อวินาทีต่อวินาที

1 N = 1 kg x 1 m/

สมมติว่ามีมวล 50 กิโลกรัมและเดินด้วยความเร่ง 1 เมตร/วินาที.วินาทีสามารถหาแรงที่ใช้ได้โดยการแทนค่ามวลและความเร่งลงในสมการ

แรง = มวล x ความเร่ง

นั่นคือแรง = 50 kg x 1 m/

แรง = 50 kg.m/ = 50 N

บางครั้งอาจจำเป็นต้องเขียนความสัมพันธ์ระหว่างความเร่งแรงและมวลในรูปแบบอื่นเช่น

ความเร่ง = แรง ÷ มวล

สมการนี้ได้มาจากการจัดกฎข้อที่สองของนิวตันในรูปแบบใหม่

การเปลี่ยนแรงและการเปลี่ยนมวล

พิจารณาสมการของความเร่งที่ว่าความเร่ง = แรง÷ มวลเราจะมีวิธีการเพิ่มความเร่งของวัตถุได้อย่างไรวิธีหนึ่งที่จะเพิ่มความเร่งได้ก็คือการเปลี่ยนแรงจากสมการความเร่งและแรงมีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะเดียวกันการออกแรงมากขึ้นจะทำให้ความเร่งมีค่ามากขึ้นตามดังนั้นเพื่อให้วัตถุมีความเร่งมากขึ้นจะต้องออกแรงดึงให้มากขึ้น

อีกวิธีหนึ่งที่จะเพิ่มความเร่งก็คือการเปลี่ยนมวลจากสมการ เราจะเห็นว่าความเร่งและมวลมีการเปลี่ยนแปลงในทิศทางตรงข้ามกันหมายความว่าการเพิ่มมวลทำให้ความเร่งลดลงการลดมวลจะทำให้ความเร่งเพิ่มขึ้นดังนั้นถ้าต้องการเพิ่มความเร่งจะต้องลดมวลของวัตถุนั้น

กฎข้อที่สามของนิวตัน

นิวตัน กล่าวว่าเราไม่ได้ออกแรงกระทำต่อวัตถุเพียงฝ่ายเดียวเท่านั้นเมื่อวัตถุหนึ่งออกแรงกระทำกับอีกวัตถุหนึ่งวัตถุที่สองก็จะออกแรงกระทำกลับไปยังวัตถุแรกโดยที่แรงกระทำกลับนี้จะมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศตรงกันข้ามกับแรงแรกซึ่งเรียกแรงทั้งสองนี้ว่าเป็นแรงกิริยา ( Action )และแรงปฏิกิริยา ( Reaction ) กฎข้อที่สามของนิวตันได้กล่าวไว้ว่าถ้าวัตถุหนึ่งออกแรงกระทำกับอีกวัตถุหนึ่งวัตถุที่ถูกกระทำจะออกแรงที่มีขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงกันข้ามกระทำกลับต่อวัตถุแรกแต่ตรงกันข้ามอาจคุ้นเคยกับตัวอย่างกฎข้อที่สามของนิวตันมาบ้างอาจเคยเล่นสเกตและเห็นว่าเมื่อนักสเกตคนหนึ่งผลักนักสเกตอีกคนหนึ่งส่งผลให้ไม่ใช่คนที่โดนผลักเท่านั้นที่เคลื่อนที่แต่ทั้งสองคนมีการเคลื่อนที่นักสเกตที่เป็นคนผลักก็ถูกผลักด้วยแรงที่เท่ากันแต่มีทิศตรงกันข้ามอัตราเร็วที่ทั้งสองคนเคลื่อนที่ขึ้นกับมวลของนักสเกตแต่ละคนถ้าทั้งสองคนมีมวลเท่ากันทั้งสองคนก็จะมีอัตราเร็วเท่ากันแต่ถ้าคนหนึ่งมีมวลมากกว่าคนๆนั้นก็จะเคลื่อนที่ได้ช้ากว่าคนที่มีมวลน้อยกว่าเพราะถึงแม้ว่าแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาจะมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงข้ามกันแต่จากกฎข้อที่สองของนิวตันเมื่อแรงเท่ากันกระทำกับมวลที่มากกว่าก็จะทำให้มวลนั้นมีความเร่งน้อยกว่าแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยากฎข้อที่สามเกิดอยู่ตลอดเวลารอบตัวเวลาเดินดันพื้นด้วยเท้าดังนั้นพื้นก็ดันเท้าของกลับด้วยแรงที่เท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามซึ่งทำให้เดินไปข้างหน้านกบินไปข้างหน้าได้ด้วยปีกของมันออกแรงกระทำต่ออากาศแล้วอากาศก็ผลักปีกของนกกลับด้วยแรงที่เท่ากันทำให้นกบินไปข้างหน้าได้แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาหักล้างกันหรือไม่ในเรื่องแรงรู้ว่าแรงสมดุลคือแรงที่เท่ากันแต่มีทิศทางตรงกันข้ามเมื่อนำมารวมกันจะได้แรงลัพธ์เป็นศูนย์คือแรงหักล้างกันทำให้วัตถุไม่เปลี่ยนการเคลื่อนที่ดังนั้นเหตุใดแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาในกฎข้อที่สามของนิวตันจึงไม่หักล้างกันเมื่อแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศตรงกันข้าม

กฎข้อที่สามของนิวตันกล่าวถึงแรงที่กระทำต่อวัตถุสองชิ้นที่ต่างกันตัวอย่างเช่นนั่งบนเก้าอี้ที่มีล้อเลื่อนแล้วใช้มือออกแรงกิริยาผลักกำแพงกำแพงก็จะออกแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศตรงข้ามกลับทำให้เกิดการเคลื่อนที่ถอยหลังแรงแรกนั้นกระทำต่อกำแพงแต่แรงหลังนั้นกระทำต่อตัวดังนั้นแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาจึงไม่สามารถรวมกันได้เพราะแรงแต่ละแรงกระทำกับวัตถุที่ต่างกันแรงจะสามารถรวมกันได้ก็ต่อเมื่อมันกระทำต่อวัตถุเดียวกันเท่านั้น

• วัตถุจะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วและทิศทางคงที่ได้ต่อเมื่อผลรวมของแรง (แรงลัพธ์) ที่กระทำต่อวัตถุเท่ากับศูนย์ สามารถแตกออกมาได้ 2 อย่างคือ
  • วัตถุจะหยุดนิ่งถ้าไม่มีแรงใดๆที่ไม่เท่ากับ 0 มากระทำต่อวัตถุนั้นๆ
  • วัตถุจะเคลื่อนที่ต่อเนื่องถ้าไม่มีแรงใดๆที่ไม่เท่ากับ 0 มากระทำต่อวัถุนั้นๆ

ซึ่งจากจุดนี้ จึงเชื่อมต่อกับกฎข้อที่ 2

• เมื่อมีแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุ จะทำให้วัตถุที่มีมวลเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง โดยขนาดของแรงจะเท่ากับมวลคูณความเร่ง
• ทุกแรงกิริยาย่อมมีแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้ามเสมอ

ฟิสิกส์(Physics)

ฟิสิกส์

ฟิสิกส์ (อังกฤษ: Physics, กรีก: φυσικός [phusikos], "เป็นธรรมชาติ" และ กรีก: φύσις [phusis], "ธรรมชาติ") เป็นวิทยาศาสตร์ ที่เกี่ยวข้องกับ สสาร  และ พลังงาน  ศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ และ ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสสารกับพลังงาน รวมทั้งเป็นความรู้พื้นฐานที่นำไปใช้ในการพัฒนาเทคโนโลยีเกี่ยวกับการผลิต และเครื่องใช้ต่าง ๆ เพื่ออำนวยความสะดวกแก่มนุษย์ ตัวอย่างเช่น การนำความรู้พื้นฐานทางด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ (โทรทัศน์ วิทยุ คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ) อย่างแพร่หลาย หรือ การนำความรู้ทางอุณหพลศาสตร์ไปใช้ในการพัฒนาเครื่องจักรกลและยานพาหนะ ยิ่งไปกว่านั้นความรู้ทางฟิสิกส์บางอย่างอาจนำไปสู่การสร้างเครื่องมือใหม่ที่ใช้ในวิทยาศาสตร์สาขาอื่น เช่น การนำความรู้เรื่องกลศาสตร์ควอนตัม ไปใช้ในการพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ใช้ในชีววิทยา เป็นต้น

นักฟิสิกส์ศึกษาธรรมชาติ ตั้งแต่สิ่งที่เล็กมาก เช่น อะตอม และ อนุภาคย่อย ไปจนถึงสิ่งที่มีขนาดใหญ่มหาศาล เช่น จักรวาลจึงกล่าวได้ว่า ฟิสิกส์ คือ ปรัชญาธรรมชาติเลยทีเดียว

ในบางครั้ง ฟิสิกส์ ถูกกล่าวว่าเป็น แก่นแท้ของวิทยาศาสตร์ (fundamental science) เนื่องจากสาขาอื่น ๆ ของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ เช่น ชีววิทยา หรือ เคมี ต่างก็มองได้ว่าเป็น ระบบของวัตถุต่าง ๆ หลายชนิดที่เชื่อมโยงกัน โดยที่เราสามารถสามารถอธิบายและทำนายพฤติกรรมของระบบดังกล่าวได้ด้วยกฎต่าง ๆ ทางฟิสิกส์ ยกตัวอย่างเช่น คุณสมบัติของสารเคมีต่าง ๆ สามารถพิจารณาได้จากคุณสมบัติของโมเลกุลที่ประกอบเป็นสารเคมีนั้น ๆ โดยคุณสมบัติของโมเลกุลดังกล่าว สามารถอธิบายและทำนายได้อย่างแม่นยำ โดยใช้ความรู้ฟิสิกส์สาขาต่าง ๆ เช่น กลศาสตร์ควอนตัม, อุณหพลศาสตร์ หรือ ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น

ในปัจจุบัน วิชาฟิสิกส์เป็นวิชาที่มีขอบเขตกว้างขวางและได้รับการพัฒนามาแล้วอย่างมาก งานวิจัยทางฟิสิกส์มักจะถูกแบ่งเป็นสาขาย่อยๆ หลายสาขา เช่น ฟิสิกส์ของสสารควบแน่น ฟิสิกส์อนุภาคฟิสิกส์อะตอม-โมเลกุล-และทัศนศาสตร์ ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์พลศาสตร์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น-และเคออส และ ฟิสิกส์ของไหล (สาขาย่อย ฟิสิกส์พลาสมา สำหรับงานวิจัย ฟิวชั่น) นอกจากนี้ยังอาจแบ่งการทำงานของนักฟิสิกส์ออกได้อีกสองทาง คือ นักฟิสิกส์ที่ทำงานด้านทฤษฎี และ นักฟิสิกส์ที่ทำงานทางด้านการทดลอง โดยที่งานของนักฟิสิกส์ทฤษฎีเกี่ยวข้องกับการพัฒนาทฤษฎีใหม่ แก้ไขทฤษฎีเดิม หรือ อธิบายการทดลองใหม่ๆ ในขณะที่ งานการทดลองนั้นเกี่ยวข้องกับการทดสอบทฤษฎีที่นักฟิสิกส์ทฤษฎีสร้างขึ้น การตรวจทดสอบการทดลองที่เคยมีผู้ทดลองไว้ หรือแม้แต่ การพัฒนาการทดลองเพื่อหาสภาพทางกายภาพใหม่ๆ

ทั้งนี้ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์ภาคปฏิบัติ ขึ้นอยู่กับขีดจำกัดของการสังเกต และประสิทธิภาพของเครื่องมือวัด ถ้าเทคโนโลยีของเครื่องมือวัดพัฒนามากขึ้น ข้อมูลที่ได้จะมีความละเอียดและถูกต้องมากขึ้น ทำให้ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์ยิ่งขยายออกไป ข้อมูลที่ได้ใหม่ อาจไม่สอดคล้องกับสิ่งที่ทฤษฎีและกฎที่มีอยู่เดิมทำนายไว้ ทำให้ต้องสร้างทฤษฏีใหม่ขึ้นมาเพื่อทำให้ความสามารถในการทำนายมีมากขึ้น

งานวิจัยทางฟิสิกส์

ฟิสิกส์เชิงทดลอง กับ ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี

งานวิจัยทางฟิสิกส์แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนดังนี้

ฟิสิกส์เชิงทดลอง (experimental physics)

คือการสังเกต, การทดลอง และเก็บรวบรวมข้อมูล มาวิเคราะห์เพื่อทดสอบกฎของฟิสิกส์ที่มีอยู่ ว่าถูกต้องหรือไม่

ในปัจจุบันโฉมหน้าของการทดลองทางฟิสิกส์แตกต่างจากการทดลองของนักฟิสิกส์ในอดีตเมื่อร้อยกว่าปีที่แล้วมาก ในสมัยก่อนนับตั้งแต่กาลิเลโอเป็นต้นมา การทดลองเพื่อแสวงความรู้ใหม่ๆที่สามารถพลิกโฉมความรู้เดิมที่มีอยู่อาจทำได้โดยการทดลองที่ไม่ซับซ้อนมากอาจดำเนินการทดลองได้โดยคนเพียงคนเดียว แม้กระทั่งช่วงระหว่างปี ค.ศ. 1840 - 1900 ซึ่งเป็นช่วงบุกเบิกเรื่องแรงแม่เหล็กไฟฟ้าอุปกรณ์ของไมเคิล ฟาราเดย์ก็สามารถสร้างได้อย่างง่ายๆด้วยตนเอง แม้กระทั่งอุปกรณ์ที่นำไปสู่การค้นพบอิเล็กตรอนซึ่งก็คือหลอดรังสีแคโทดก็ไม่ได้ซับซ้อนเมื่อเทียบกับหลอดภาพของจอคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน

ในยุคปัจจุบันการสร้างเครื่องมือเพื่อบุกเบิกพรมแดนใหม่ในฟิสิกส์ โดยเฉพาะในส่วนของวิชาฟิสิกส์อนุภาคและจักรวาลวิทยาเป็นเรื่องที่ สลับซับซ้อนมาก บางโครงการอย่าง Gravity Probe Bซึ่งเป็นดาวเทียมทำหน้าที่ตรวจสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ก็ต้องใช้เวลาในการดำเนินโครงการถึง 40 กว่าปี (ตั้งแต่เสนอโครงการโดย Leonard Schiff เมื่อปี ค.ศ. 1961 ซึ่งเพิ่งจะได้ปล่อยดาวเทียมสู่วงโคจรเมื่อปี ค.ศ. 2004 ซึ่งตัว Schiff เองก็ถึงแก่กรรมไปก่อนหน้านั้นแล้ว) โครงการบางโครงการก็ต้องอาศัยการร่วมมือกันในระดับนานาชาติที่ต้องสนับสนุนทั้งกำลังคนและงบประมาณ เช่น โครงการเครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider (LHC)  ที่ CERN (เป็นศูนย์วิจัยที่ปรากฏในตอนต้นของนิยาย เทวากับซาตาน ของ แดน บราวน์) ก็ต้องใช้อุโมงค์ใต้ดินเป็นวงแหวนที่มีเส้นรอบวงถึง 27 กิโลเมตร ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่แพงเกินกว่าที่จะเป็นโครงการที่สร้างโดยประเทศเดียว ในการที่จะเสนอขออนุมัติโครงการเพื่อสร้างการทดลองใหญ่โตที่แสนแพงเช่นนี้ต้องอาศัยความรู้ทางด้านฟิสิกส์เชิงทฤษฎีช่วยเป็นอย่างมาก หลายครั้งก่อนที่จะเสนอโครงการจะต้องมีการสร้างแบบจำลองที่ละเอียดและซับซ้อนเพื่อที่จะทำนายล่วงหน้าว่าเครื่องมือที่สร้างขึ้นจะวัดอะไรได้บ้างและผลการทดลองจะออกมาในลักษณะใด ตัวอย่างเช่น เครื่องเร่งอนุภาค LHC ก็ต้องมีการคำนวณมาก่อนว่ามวลของอนุภาคฮิกส์ ทำนายจากแบบจำลองSuper Symmetryจะอยู่ในระดับพลังงานใด จะตรวจวัดได้ไหมเป็นต้น ซึ่งแน่นอนว่า มวลของอนุภาคฮิกส์ จากแบบจำลองต่างๆ ก็เป็นเพียงหนึ่งในอีกหลายๆ ปรากฏการณ์ที่ฟิสิกส์ทฤษฎีทำทายไว้ล่วงหน้าให้ได้ก่อนสร้างเครื่องเร่งอนุภาคอย่าง LHC นั่นคือ นักฟิสิกส์ในปัจจุบันต้องมั่นใจถึงระดับหนึ่งว่าผลการทดลองจากโครงการต่างๆจะต้องคุ้มค่ากับเงินที่ลงทุนไป

จากขนาดของข้อมูลที่ได้ในแต่ละการทดลองใหญ่ๆในปัจจุบัน ทำให้นักฟิสิกส์ไม่สามารถทำอย่างสมัยก่อน เช่น Heinrich R. Hertz (ผู้ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ซึ่งสามารถทำการทดลอง นำผลการทดลองไปวิเคราะห์และสร้างทฤษฎีที่อธิบายได้ด้วยตนเองเพียงคนเดียว ในปัจจุบันการวิเคราะห์ข้อมูลที่มาจากการทดลองขนาดใหญ่ๆ เช่น เครื่องเร่งอนุภาค หรือ ดาวเทียมสำรวจอวกาศต่างๆ ต้องอาศัยความร่วมมือกัน ของสถาบันวิจัยหลายๆแห่งทั่วโลก ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องแปลกในปัจจุบันที่นักฟิสิกส์บางคนอาจอุทิศเวลาทั้งหมดให้กับการวิเคราะห์ข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์เพียงอย่างเดียว ซึ่งนับเป็นขั้นตอนที่สำคัญมากก่อนที่นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี (ซึ่งโดยมากจะไม่ทราบรายละเอียดของวิธีการทดลอง) จะนำข้อมูลที่ย่อยแล้วไปตรวจสอบแบบจำลองที่ได้จากทฤษฎีเดิมที่มีอยู่ว่าสอดคล้องหรือแตกต่างอย่างไร ซึ่งจะนำไปสู่การปรับปรุงหรือค้นพบทฤษฎีฟิสิกส์ใหม่ในที่สุด

อย่างไรก็ดีกระแสหลักฟิสิกส์เชิงทดลองในปัจจุบันได้เปลี่ยนแนวทางจากการแสวงหาสุดเขตุแดนของทฤษฎีพื้นฐาน มาเป็นการนำเอาทฤษฎีพื้นฐานมาประยุกต์เป็นเทคโนโลยีที่สัมผัสได้ในชีวิตประจำวันมากกว่า ดังจะเห็นได้จากหัวข้อวิจัย Carbon nanotubes เป็นหัวข้อที่ได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวาง และมีคนให้ความสนใจมากที่สุด เมื่อประเมินจาก h index  ในการทดลองที่มีขนาดย่อมลงมา เช่นในสาขาสสารควบแน่น หรือ นาโนเทคโนโลยี นักทดลองส่วนใหญ่สามารถวิเคราะห์ข้อมูลได้เองว่าเป็นไปตามทฤษฎีหรือไม่ และในบางครั้งก็อาจเสนอแบบจำลองใหม่ได้เองด้วย หน้าที่ของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจะเป็นผู้เชื่อมโยงข้อเท็จจริงที่ได้จากในแต่ละการทดลองที่หลากหลายเข้าด้วยกัน และหาแบบจำลองหลักที่สามารถอธิบายการทดลองได้ครอบคลุมกว้างขวางที่สุด ซึ่งรวมถึงการทดลองใหม่ๆที่จะตามมาในอนาคต

ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี (theoretical physics)

คือการสร้างแบบจำลองทางความคิดโดยหลักการทางคณิตศาสตร์ นำไปสู่การสร้างทฤษฎีทางฟิสิกส์ โดยมีการทดลองทดสอบความถูกต้องของทฤษฎีในภายหลัง

นักฟิสิกส์ในยุคปัจจุบัน หาได้ยากมากที่จะมีความชำนาญและเชี่ยวชาญในฟิสิกส์ทั้งสองประเภท (โดยนักฟิสิกส์รุ่นหลังที่มีความสามารถสูงทั้งสองด้าน ที่พอจะยกตัวอย่างได้คือ เอนริโก แฟร์มี) ซึ่งตรงกันข้ามกับนักทฤษฎีเคมีหรือนักทฤษฎีชีววิทยาที่มักจะเก่งด้านทดลองด้วย

ทฤษฎี	หัวข้อหลักในทฤษฎี	หลักการที่สำคัญของทฤษฎี
กลศาสตร์ดั้งเดิม	กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน, กลศาสตร์แบบลากรางช์, กลศาสตร์แบบแฮมิลโตเนียน, ทฤษฎีเคออส, เวลา, การเคลื่อนที่, ความยาว, ความเร็ว, มวล, โมเมนตัม, แรง, พลังงาน, โมเมนตัมเชิงมุม, ทอร์ก, กฎการอนุรักษ์, การสั่นแบบฮาร์โมนิก, คลื่น, งาน, กำลัง,
ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า	ไฟฟ้าสถิต, ไฟฟ้า, แม่เหล็ก, สมการของแมกซ์เวลล์, แสง	ประจุไฟฟ้า, กระแสไฟฟ้า, สนามไฟฟ้า, สนามแม่เหล็ก, สนามแม่เหล็กไฟฟ้า,การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า, Magnetic monopole
อุณหพลศาสตร์และกลศาสตร์สถิติ	เครื่องจักรความร้อน, ทฤษฎีจลน์	ค่าคงที่ของโบลทซ์มันน์, เอนโทรปี, พลังงานอิสระ, ความร้อน, พาร์ทิชันฟังก์ชัน,อุณหภูมิ
ทฤษฎีควอนตัม	Path integral formulation, สมการของชเรอดิงเงอร์, ทฤษฎีสนามควอนตัม	แฮมิลโตเนียน, อนุภาคสมมูล, ค่าคงที่ของพลังค์, Quantum entanglement, การสั่นแบบควอนตัมฮาร์โมนิก, ฟังก์ชันคลื่น, Zero-point energy
ทฤษฎีสัมพัทธภาพ	ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ, ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป	Four-momentum, กรอบอ้างอิงเฉื่อย, กาลอวกาศ, ความเร็วแสง, หลักแห่งความสมมูล,สมการสนามของไอน์สไตน์, ความโค้งของกาลอวกาศ, เทนเซอร์พลังงาน-โมเมนตัม,Schwarzschild solution, การแปลงแบบลอเรนทซ์, หลุมดำ

สาขาหลักในฟิสิกส์

งานวิจัยฟิสิกส์ปัจจุบันแบ่งย่อยออกเป็นสาขาต่างๆ ซึ่งศึกษาธรรมชาติในแง่มุมที่ต่างกัน ฟิสิกส์ของสารควบแน่น เป็นวิชาซึ่งศึกษาคุณสมบัติของสสารในชีวิตประจำวันเช่นของแข็งและของเหลวจากระดับอันตรกิริยาระหว่างอะตอมขึ้นมา และประเมินกันว่าเป็นสาขาที่กว้างขวางที่สุดของฟิสิกส์ปัจจุบัน สาขาฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ศึกษาพฤติกรรมของอะตอมและโมเลกุล และรูปแบบที่แสงถูกดูดกลืนและปล่อยออกจากอะตอมและโมเลกุล ฟิสิกส์อนุภาค หรือที่รู้จักกันในชื่อฟิสิกส์พลังงานสูง ซึ่งเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของอนุภาคระดับเล็กกว่าอะตอม เช่นอนุภาคพื้นฐานที่เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสสารทั้งหมด ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ประยุกต์ใช้กฎทางฟิสิกส์เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ต่างๆ ตั้งแต่ดวงอาทิตย์และวัตถุในระบบสุริยะไปจนถึงตัวเอกภพทั้งหมด

สาขา	สาขาย่อย	ทฤษฎีหลัก	หลักการที่สำคัญ
ฟิสิกส์ดาราศาสตร์	จักรวาลวิทยา, วิทยาศาสตร์ของดวงดาว, ฟิสิกส์พลาสมา	บิ๊กแบง, Cosmic inflation, สัมพัทธภาพทั่วไป, กฎความโน้มถ่วงสากล	หลุมดำ, Cosmic background radiation, กาแลคซี่, ความโน้มถ่วง, Gravitational radiation, ดาวเคราะห์, ระบบสุริยะ, ดาวฤกษ์
ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์	ฟิสิกส์อะตอม, ฟิสิกส์โมเลกุล, ฟิสิกส์ทัศนศาสตร์, โฟตอนิกส์	ทฤษฎีควอนตัม ทฤษฎีสนามควอนตัม ทฤษฎีอิเล็กโทรดายนามิกส์ควอนตัม	อะตอม, การกระเจิง, รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า, เลเซอร์, โพลาไรเซชัน, เส้นสเปคตรัม
ฟิสิกส์อนุภาค	ฟิสิกส์ของเครื่องเร่งอนุภาค,ฟิสิกส์นิวเคลียร์	The Standard Model, Grand unification theory, ทฤษฎีเอ็ม	อันตรกิริยาพื้นฐาน (อันตรกิริยาโน้มถ่วง, อันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้า, อันตรกิริยานิวเคลียร์อย่างอ่อน, อันตรกิริยานิวเคลียร์อย่างแรง) , อนุภาคพื้นฐาน, ปฏิยานุภาค, สปิน, Spontaneous symmetry breaking, Theory of everything Vacuum energy
ฟิสิกส์ของสสารควบแน่น	ฟิสิกส์สถานะของแข็ง,ฟิสิกส์วัสดุ, ฟิสิกส์พอลิเมอร์	BCS theory, Bloch wave, ก๊าซแฟร์มี, ของเหลวแฟร์มี, ทฤษฎีหลายวัตถุ	สถานะ (ก๊าซ, ของเหลว, ของแข็ง, การควบแน่นโบซ-ไอน์สไตน์, ตัวนำยิ่งยวด, superfluid) , Electrical conduction, Magnetism, Self-organization, สปิน, Spontaneous symmetry breaking

สาขาที่เกี่ยวข้อง

มีสาขาวิจัยมากมายที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์และศาสตร์อื่นรวมกัน ตัวอย่างเช่น ชีวฟิสิกส์ เป็นสาขาที่หลากหลายและเกี่ยวข้องกับการศึกษาบทบาทของหลักการทางฟิสิกส์ในกระบวนการทางชีววิทยา

โสตศาสตร์ - ดาราศาสตร์ - ชีวฟิสิกส์ - ฟิสิกส์เชิงคำนวณ - อิเล็กทรอนิกส์ - วิศวกรรม - ธรณีฟิสิกส์ - วิทยาศาสตร์วัสดุ - คณิตศาสตร์ฟิสิกส์ - ฟิสิกส์การแพทย์ - เคมีฟิสิกส์ - ฟิสิกส์ของคอมพิวเตอร์- เคมีควอนตัม - เทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัม - พลศาสตร์ของพาหนะ

หัวข้อในฟิสิกส์

• การวัด
• กลศาสตร์
  • มวล แรง และ การเคลื่อนที่
  • งาน และ พลังงาน
  • โมเมนตัม
  • สมบัติของสสาร ก๊าซ ของเหลว ของแข็ง ของไหล ความร้อน/อุณหพลศาสตร์
• คลื่น
  • สมบัติของคลื่น
  • เสียง
  • แสง
• แม่เหล็กไฟฟ้า
  • ไฟฟ้าสถิตย์
  • กระแสไฟฟ้า
  • แม่เหล็ก-ไฟฟ้า
  • ไฟฟ้ากระแสสลับ
  • คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
• นิวเคลียร์ฟิสิกส์
  • อะตอม อิเล็กตรอน
  • นิวเคลียร์ กัมมันตภาพรังสี

เเรง

แรง

แรง ในทางฟิสิกส์คือการกระทำจากภายนอกที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของระบบทางกายภาพ โดยแรงเป็นผลมาจากการใช้พลังงาน เช่น คนที่จูงสุนัขอยู่ด้วยเชือกล่าม ก็จะได้รับแรงจากเชือกที่มือ ซึ่งทำให้เกิดแรงดึงไปข้างหน้า ถ้าแรงก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางจลนศาสตร์ตามกฎข้อที่สองของนิวตันคือ เกิดความเร่ง ถ้าไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงทางจลนศาสตร์ก็อาจก่อให้เกิดความเปลี่ยนแปลงอื่นๆ ได้เช่นกัน หน่วยเอสไอของแรงคือ นิวตัน

แนวคิดพื้นฐาน

ในนิยามเบื้องต้นของแรงอาจกล่าวได้ว่า แรงคือ สิ่งที่ก่อให้เกิดความเร่ง เมื่อกระทำเดี่ยวๆ ในความหมายเชิงปฏิบัติ แรงสามารถแบ่งได้เป็นสองกลุ่ม คือแรงปะทะ และแรงสนาม แรงปะทะจะต้องมีการปะทะทางกายภาพของสองวัตถุ เช่นค้อนตีตะปู หรือแรงที่เกิดจากก๊าซใต้ความกดดัน ก๊าซที่เกิดจากการระเบิดของดินปืนทำให้ลูกกระสุนปืนใหญ่พุ่งออกจากปืนใหญ่ ในทางกลับกัน แรงสนามไม่ต้องการการสัมผัสกันของสื่อกลางทางกายภาพ แรงโน้มถ่วง และ แม่เหล็กเป็นตัวอย่างของแรงชนิดนี้ อย่างไรก็ตาม โดยพื้นฐานแล้วทุกแรงเป็นแรงสนาม แรงที่ค้อนตีตะปูในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ที่จริงแล้วเป็นการปะทะกันของแรงไฟฟ้าจากทั้งค้อนและตะปู แต่ทว่าในบางกรณีก็เป็นการเหมาะสมที่เราจะแบ่งแรงเป็นสองชนิดแบบนี้เพื่อง่ายต่อความเข้าใจ

นิยามเชิงปริมาณ

ในแบบจำลองทางฟิสิกส์ เราใช้ระบบเป็นจุด กล่าวคือเราแทนวัตถุด้วยจุดหนึ่งมิติที่ศูนย์กลางมวลของมัน การเปลี่ยนแปลงเพียงชนิดเดียวที่เกิดขึ้นได้กับวัตถุก็คือการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม(อัตราเร็ว) ของมัน ตั้งแต่มีการเสนอทฤษฎีอะตอมขึ้น ระบบทางฟิสิกส์ใดๆ จะถูกมองในวิชาฟิสิกส์ดั้งเดิมว่าประกอบขึ้นจากระบบเป็นจุดมากมายที่เรียกว่าอะตอมหรือโมเลกุล เพราะฉะนั้น แรงต่างๆ สามารถนิยามได้ว่าเป็นผลกระทบของมัน นั่นก็คือเป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ที่มันได้รับบนระบบเป็นจุด การเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่นั้นสามารถระบุจำนวนได้โดยความเร่ง (อนุพันธ์ของความเร็ว) การค้นพบของไอแซก นิวตันที่ว่าแรงจะทำให้เกิดความเร่งโดยแปรผกผันกับปริมาณที่เรียกว่ามวล ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับอัตราเร็วของระบบ เรียกว่ากฎข้อที่สองของนิวตัน กฎนี้ทำให้เราสามารถทำนายผลกระทบของแรงต่อระบบเป็นจุดใดๆ ที่เราทราบมวล กฎนั้นมักจะเขียนดังนี้

F = dp/dt = d (m·v) /dt = m·a (ในกรณีที่ m ไม่ขึ้นกับ t)

เมื่อ

F คือแรง (ปริมาณเวกเตอร์)

p คือโมเมนตัม

t คือเวลา

v คือความเร็ว

m คือมวล และ

a=d²x/dt² คือความเร่ง อนุพันธ์อันดับสองของเวกเตอร์ตำแหน่ง x เมื่อเทียบกับ t

ถ้ามวล m วัดในหน่วยกิโลกรัม และความเร่ง a วัดในหน่วย เมตรต่อวินาทีกำลังสอง แล้วหน่วยของแรงคือ กิโลกรัม-เมตร/วินาทีกำลังสอง เราเรียกหน่วยนี้ว่า นิวตัน: 1 N = 1 kg x 1 m/s²

สมการนี้เป็นระบบของสมการอนุพันธ์อันดับสอง สามสมการ เทียบกับเวกเตอร์บอกตำแหน่งสามมิติ ซึ่งเป็นฟังก์ชันกับเวลา เราสามารถแก้สมการนี้ได้ถ้าเราทราบฟังก์ชัน F ของ x และอนุพันธ์ของมัน และถ้าเราทราบมวล m นอกจากนี้ก็ต้องทราบเงื่อนไขขอบเขต เช่นค่าของเวกเตอร์บอกตำแหน่ง และ x และความเร็ว v ที่เวลาเริ่มต้น t=0

สูตรนี้จะใช้ได้เมื่อทราบค่าเป็นตัวเลขของ F และ m เท่านั้น นิยามข้างต้นนั้นเป็นนิยามโดยปริยายซึ่งจะได้มาเมื่อ มีการกำหนดระบบอ้างอิง (น้ำหนึ่งลิตร) และแรงอ้างอิง (แรงโน้มถ่วงของโลกกระทำต่อมันที่ระดับความสูงของปารีส) ยอมรับกฎข้อที่สองของนิวตัน (เชื่อว่าสมมติฐานเป็นจริง) และวัดความเร่งที่เกิดจากแรงอ้างอิงกระทำต่อระบบอ้างอิง เราจะได้หน่วยของมวล (1 kg) และหน่วยของแรง (หน่วยเดิมเป็น 1 แรงกิโลกรัม = 9.81 N) เมื่อเสร็จสิ้น เราจะสามารถวัดแรงใดๆ โดยความเร่งที่มันก่อให้เกิดบนระบบอ้างอิง และวัดมวลของระบบใดๆ โดยการวัดความเร่งที่เกิดบนระบบนี้โดยแรงอ้างอิง

แรงมักจะไปรับการพิจารณาว่าเป็นปริมาณพื้นฐานทางฟิสิกส์ แต่ก็ยังมีปริมาณที่เป็นพื้นฐานกว่านั้นอีก เช่นโมเมนตัม (p = มวล m x ความเร่ง v) พลังงาน มีหน่วยเป็น จูล นั้นเป็นพื้นฐานน้อยกว่าแรงและโมเมนตัม เพราะมันนิยามขึ้นจากงาน และงานนิยามจากแรง ทฤษฎีพื้นฐานที่สุดในธรรมชาติ ทฤษฎีกลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัม และ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ไม่มีแนวคิดเรื่องแรงรวมอยู่ด้วยเลย

ถึงแม้แรงไม่ใช่ปริมาณที่เป็นพื้นฐานที่สุดในฟิสิกส์ มันก็เป็นแนวคิดพื้นฐานที่แรวคิดอื่นๆ เช่น งาน และ ความดัน (หน่วย ปาสกาล) นำไปใช้ แรงในบางครั้งใช้สับสนกับความเค้น

ชนิดของแรง

มีแรงพื้นฐานในธรรมชาติที่รู้จักด้วยกันอยู่สี่ชนิด

• แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม กระทำระหว่างอนุภาคระดับเล็กกว่าอะตอม
• แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ระหว่างประจุไฟฟ้า
• แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน เกิดจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี
• แรงโน้มถ่วงระหว่างมวล

ทฤษฎีสนามควอนตัมจำลองแรงพื้นฐานสามชนิดแรกได้อย่างแม่นยำ แต่ไม่ได้จำลองแรงโน้มถ่วงควอนตัมเอาไว้ อย่างไรก็ตาม แรงโน้มถ่วงควอนตัมบริเวณกว้างสามารถอธิบายได้ด้วย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

แรงพื้นฐานทั้งสี่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ทั้งหมด รวมถึงแรงอื่นๆ ที่สังเกตได้เช่น แรงคูลอมบ์ (แรงระหว่างประจุไฟฟ้า) แรงโน้มถ่วง (แรงระหว่างมวล) แรงแม่เหล็ก แรงเสียดทานแรงสู่ศูนย์กลาง แรงหนีศูนย์กลาง แรงปะทะ และ แรงสปริง เป็นต้น

แรงต่างๆ ยังสามารถแบ่งออกเป็น แรงอนุรักษ์ และแรงไม่อนุรักษ์ แรงอนุรักษ์จะเท่ากับความชันของพลังงานศักย์ เช่น แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงสปริง แรงไม่อนุรักษ์เช่น แรงเสียดทาน และแรงต้าน

ผลจากเเรง

เมื่อแรงถูกกระทำกับวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นสามารถได้รับผลกระทบ 4 ประเภท ดังนี้

1. วัตถุที่อยู่นิ่งอาจเริ่มเคลื่อนที่
2. ความเร็วของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อยู่เปลี่ยนแปลงไป
3. ทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุอาจเปลี่ยนแปลงไป
4. รูปร่าง ขนาดของวัตถุอาจเปลี่ยนแปลงไป

กฎของนิวตัน

เซอร์ ไอแซก นิวตัน นักวิทยาศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ศึกษาเรื่องแรงและได้อธิบายกฎสามข้อของแรงไว้ในหนังสือของท่าน คือ The Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

กฎทั้งสามข้อมีอยู่ดังนี้

1. หากไม่มีแรงมากระทำต่อวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นจะคงสภาพอยู่นิ่ง ส่วนวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วคงที่ในแนวตรง จนกว่าจะมีแรงอื่นมากระทำต่อวัตถุนั้น สูตร ∑F=0 (กฎของความเฉื่อย)

2. เมื่อมีแรงมากระทำต่อวัตถุหนึ่ง แรงนั้นจะเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของวัตถุและทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง โดยความเร็วของวัตถุจะแปรผันตามแรงนั้น สูตร ∑F=ma (กฎของแรง)

3. เมื่อวัตถุหนึ่งออกแรงกระทำต่อวัตถุอีกชิ้นหนึ่ง วัตถุที่ถูกกระทำจะออกแรงกระทำกลับในขนาดที่เท่ากัน สูตร Action=Reaction (กฎของแรงปฏิกิริยา)