Összegzés: A newtoni mechanika a klasszikus természetleírás alapja. Klasszikus mechanika

Lásd még: Portál: Fizika

Klasszikus mechanika- a mechanika típusa (a fizika egyik ága, amely a testek térbeli helyzetének időbeli változásainak törvényeit és az okokat tanulmányozza), Newton törvényei és Galilei relativitás elve alapján. Ezért gyakran nevezik „ Newtoni mechanika».

A klasszikus mechanika a következőkre oszlik:

• statika (amely figyelembe veszi a testek egyensúlyát)
• kinematika (amely a mozgás geometriai tulajdonságait tanulmányozza az okok figyelembevétele nélkül)
• dinamika (amely a testek mozgásával foglalkozik).

A klasszikus mechanika formális matematikai leírásának több egyenértékű módja is létezik:

• Lagrangiás formalizmus
• Hamiltoni formalizmus

A klasszikus mechanika nagyon pontos eredményeket ad, ha alkalmazása olyan testekre korlátozódik, amelyek sebessége jóval kisebb a fénysebességnél, és méreteik jóval nagyobbak, mint az atomok és molekulák mérete. A klasszikus mechanika tetszőleges sebességgel mozgó testekre való általánosítása relativisztikus mechanika, és olyan testekre, amelyek méretei összehasonlíthatók az atomokkal, a kvantummechanika. A kvantummező elmélete a kvantumrelativisztikus hatásokkal foglalkozik.

A klasszikus mechanika azonban megőrzi jelentőségét, mert:

1. sokkal könnyebben érthető és használható, mint más elméletek
2. széles tartományban, elég jól leírja a valóságot.

A klasszikus mechanikával leírhatók olyan tárgyak mozgása, mint a felső és a baseball, sok csillagászati ​​objektum (például a bolygók és galaxisok), és néha még sok mikroszkopikus tárgy, például a molekulák is.

A klasszikus mechanika önkonzisztens elmélet, vagyis keretei között nincsenek egymásnak ellentmondó kijelentések. Más klasszikus elméletekkel, például klasszikus elektrodinamikával és termodinamikával való kombinációja azonban oldhatatlan ellentmondások megjelenéséhez vezet. Különösen a klasszikus elektrodinamika azt jósolja, hogy a fénysebesség minden megfigyelő számára állandó, ami összeegyeztethetetlen a klasszikus mechanikával. A 20. század elején ez egy speciális relativitáselmélet létrehozásának szükségességéhez vezetett. A termodinamikával összefüggésben a klasszikus mechanika a Gibbs -paradoxonhoz vezet, amelyben lehetetlen pontosan meghatározni az entrópia mennyiségét, és egy ultraibolya katasztrófához, amelyben a fekete testnek végtelen mennyiségű energiát kell kibocsátania. Ezeknek a problémáknak a megoldására tett kísérletek a kialakulásához és fejlődéséhez vezettek kvantummechanika.

Alapfogalmak

A klasszikus mechanika számos alapkoncepcióval és modellel működik. Közülük ki kell emelni:

Alaptörvények

Galilei relativitás elve

A klasszikus mechanika fő elve a relativitás elve, amelyet G. Galileo empirikus megfigyelései alapján fogalmazott meg. Ezen elv szerint végtelen sok referenciakeret létezik, amelyekben egy szabad test nyugalomban van, vagy abszolút értékben és irányban sebességállandóval mozog. Ezeket a referenciakereteket inerciálisnak nevezik, és egyenletesen és egyenes vonalban mozognak egymáshoz képest. Minden inerciális referenciakeretben a tér és az idő tulajdonságai azonosak, és a mechanikus rendszerek minden folyamata ugyanazoknak a törvényeknek engedelmeskedik. Ezt az elvet úgy is meg lehet fogalmazni, hogy nincsenek abszolút referenciakeretek, vagyis olyan referenciakeretek, amelyek valahogy megkülönböztethetők másokhoz képest.

Newton törvényei

A klasszikus mechanika alapja Newton három törvénye.

Newton második törvénye nem elegendő egy részecske mozgásának leírásához. Ezenkívül szükség van az erő leírására, amelyet a fizikai kölcsönhatás lényegének figyelembevételével kapunk, amelyben a test részt vesz.

Az energiamegmaradás törvénye

Az energiamegmaradás törvénye a zárt konzervatív rendszerekre vonatkozó Newton -törvények következménye, vagyis azokra a rendszerekre, amelyekben csak konzervatív erők működnek. Alapvetőbb szempontból összefüggés van az energiamegmaradás törvénye és az idő homogenitása között, amelyet Noether -tétel fejez ki.

A Newton -törvények alkalmazhatóságán túl

A klasszikus mechanika magában foglalja a kiterjesztett nem-pont objektumok összetett mozgásának leírását is. Euler törvényei kiterjesztik Newton törvényeit erre a területre. A szögimpulzus fogalma ugyanazon matematikai módszereken alapul, amelyeket az egydimenziós mozgás leírására használnak.

A rakéta mozgási egyenletei kiterjesztik a sebesség fogalmát, amikor egy tárgy lendülete változik az idő múlásával, és olyan hatást vesznek figyelembe, mint a tömegveszteség. A klasszikus mechanika két fontos alternatív megfogalmazása létezik: a Lagrange -mechanika és a Hamilton -mechanika. Ezek és más modern megfogalmazások hajlamosak megkerülni az "erő" fogalmát, és más fizikai mennyiségeket, például energiát vagy cselekvést hangsúlyoznak a mechanikai rendszerek leírására.

A lendületre és a mozgási energiára vonatkozó fenti kifejezések csak jelentős elektromágneses hozzájárulás hiányában érvényesek. Az elektromágnesességben Newton második törvénye egy árammal rendelkező vezetékre megsértődik, ha nem tartalmazza az elektromágneses mező hozzájárulását a rendszer impulzusához a Poynting -vektoron keresztül osztva c 2, hol c a fény sebessége a szabad térben.

Történelem

Ókori idő

A klasszikus mechanika az ókorban keletkezett, elsősorban az építkezés során felmerült problémák miatt. A mechanika szekciói közül elsőként a statika fejlődött ki, amelynek alapjait Kr. E. NS. Megfogalmazta a kar szabályát, a párhuzamos erők hozzáadásáról szóló tételt, bevezette a súlypont fogalmát, lefektette a hidrosztatika (az Archimedes -erő) alapjait.

Középkorú

Új idő

17. század

XVIII század

19. század

A 19. században az analitikus mechanika fejlődése Ostrogradsky, Hamilton, Jacobi, Hertz és mások munkáiban zajlik, az oszcillációk elméletében Routh, Zhukovsky és Lyapunov fejlesztette ki a mechanikai rendszerek stabilitásának elméletét. Coriolis kifejlesztette a relatív mozgás elméletét azzal, hogy bizonyított egy tételt a gyorsulás összetevőkre bontásáról. A 19. század második felében a kinematikát a mechanika külön szakaszára bontották.

A kontinuummechanika területén elért eredmények különösen jelentősek voltak a XIX. Navier és Cauchy be általános forma megfogalmazta a rugalmasságelmélet egyenleteit. Navier és Stokes munkáiban a hidrodinamika differenciálegyenleteit kaptuk, figyelembe véve a folyadék viszkozitását. Ezzel együtt elmélyül a tudás az ideális folyadék hidrodinamikája területén: Helmholtz munkái az örvényekről, Kirchhoff, Zhukovsky és Reynolds a turbulenciáról, Prandtl a határhatásokról. Saint-Venant kifejlesztett egy matematikai modellt, amely leírja a fémek plasztikai tulajdonságait.

A legújabb idő

A XX. Században a klasszikus mechanika területén a kutatók érdeklődése a nemlineáris hatások felé fordul. Lyapunov és Henri Poincaré fektették le a nemlineáris rezgések elméletének alapjait. Meshchersky és Csiolkovsky a változó tömegű testek dinamikáját elemezte. A folyamatos közeg mechanikája közül kiemelkedik az aerodinamika, amelynek alapjait Zsukovszkij fejlesztette ki. A 20. század közepén a klasszikus mechanika új iránya aktívan fejlődik - a káoszelmélet. Továbbra is fontosak az összetett dinamikus rendszerek stabilitásának kérdései.

A klasszikus mechanika korlátai

A klasszikus mechanika pontos eredményeket ad azokhoz a rendszerekhez, amelyekben találkozunk Mindennapi élet... De jóslatai helytelenné válnak azoknál a rendszereknél, amelyek sebessége megközelíti a fénysebességet, ahol azt relativisztikus mechanika váltja fel, vagy nagyon kicsi rendszereknél, ahol a kvantummechanika törvényei működnek. Azon rendszerek esetében, amelyek mindkét tulajdonságot egyesítik, a klasszikus mechanika helyett relativisztikus kvantumtér -elméletet használnak. Azoknál a rendszereknél, amelyek nagyon sok komponenst vagy szabadságfokot tartalmaznak, a klasszikus mechanika szintén nem lehet megfelelő, de a statisztikai mechanika módszereit használják.

A klasszikus mechanikát széles körben használják, mert egyrészt sokkal egyszerűbb és könnyebben alkalmazható, mint a fent felsorolt ​​elméletek, másrészt pedig nagyszerű lehetőségeket kínál a közelítésre és alkalmazásra a fizikai tárgyak nagyon széles osztályában, kezdve a szokásos tárgyakkal, mint egy csúcs vagy egy golyó, nagy csillagászati ​​tárgyakhoz (bolygók, galaxisok) és nagyon mikroszkopikus (szerves molekulákhoz).

Bár a klasszikus mechanika általában összeegyeztethető más "klasszikus" elméletekkel, például a klasszikus elektrodinamikával és a termodinamikával, vannak némi következetlenségek ezen elméletek között, amelyeket a 19. század végén találtak. Megoldhatók a modernebb fizika módszereivel. Különösen a klasszikus elektrodinamika egyenletei nem változatlanok a galileai transzformációk során. A fénysebesség konstansként lép be beléjük, ami azt jelenti, hogy a klasszikus elektrodinamika és a klasszikus mechanika csak egy kiválasztott referenciakeretben lehet kompatibilis, az éterrel összekapcsolva. A kísérleti ellenőrzés azonban nem fedte fel az éter létezését, ami egy speciális relativitáselmélet megalkotásához vezetett, amelyen belül a mechanika egyenleteit módosították. A klasszikus mechanika elvei szintén összeegyeztethetetlenek a klasszikus termodinamika néhány állításával, ami a Gibbs -paradoxonhoz vezet, amely szerint lehetetlen pontosan megállapítani az entrópiát, és olyan ultraibolya katasztrófához, amelyben egy fekete testnek végtelen mennyiségű energiát kell kibocsátania . Ezen összeférhetetlenségek leküzdésére létrehozták a kvantummechanikát.

Jegyzetek (szerkesztés)

Internet linkek

• Videó előadás 1. Fizika: klasszikus mechanika (1999 ősz)// Massachusetts Institute of Technology Előadások: 8.01

Irodalom

• Arnold V.I. Avets A. A klasszikus mechanika ergodikai problémái .. - RKhD, 1999. - 284 p.
• B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf. Fizika középiskolásoknak és az egyetemekre belépőknek. - M.: Akadémia, 2008 .-- 720 p. - ( Felsőoktatás). - 34 000 példány -ISBN 5-7695-1040-4
• Sivukhin D.V.Általános fizika tanfolyam. - 5. kiadás, sztereotip. - Moszkva: Fizmatlit, 2006. - T. I. Mechanika. - 560 p. -ISBN 5-9221-0715-1
• A. N. Matvejev. Mechanika és relativitáselmélet. - 3. kiadás. - M.: ONIX 21. század: Béke és oktatás, 2003. - 432 p. - 5000 példány. -ISBN 5-329-00742-9
• C. Kittel, W. Knight, M. Ruderman Mechanika. Berkeley fizika tanfolyam. - M.: Lan, 2005 .-- 480 p. - (Tankönyvek egyetemeknek). - 2000 példány. -ISBN 5-8114-0644-4
• Landau, L. D., Lifshits, E. M. Mechanika. - 5. kiadás, sztereotip. - M .:

KLASSZIKUS MECHANIKA

1. ELŐADÁS

BEVEZETÉS A KLASSZIKUS MECHANIKÁBA

Klasszikus mechanika makroszkopikus tárgyak mechanikai mozgását tanulmányozza, amelyek a fénysebességnél jóval kisebb sebességgel mozognak (= 3 10 8 m / s). A makroszkopikus objektumok alatt olyan tárgyakat értünk, amelyek mérete m (jobb oldalon egy tipikus molekula mérete).

A nem relativisztikus elméletek közé tartoznak azok a fizikai elméletek, amelyek olyan testek rendszereit tanulmányozzák, amelyek mozgása a fénysebességnél jóval kisebb sebességgel történik. Ha a rendszer részecskéinek sebessége összehasonlítható a fény sebességével, akkor az ilyen rendszerek relativisztikus rendszerekhez tartoznak, és ezeket relativisztikus elméletek alapján kell leírni. Minden relativisztikus elmélet alapja a speciális relativitáselmélet (SRT). Ha a vizsgált fizikai objektumok mérete kicsi, akkor az ilyen rendszerek a kvantumrendszerekhez tartoznak, elméleteik pedig a kvantumelméletek számához.

Így a klasszikus mechanikát a részecskék mozgásának nem relativisztikus, nem kvantumelméletének kell tekinteni.

1.1 Referenciarendszerek és változatlanság elvei

Mechanikus mozgás- Ez a test helyzetének változása a többi testhez viszonyítva az idő során a térben.

A teret a klasszikus mechanikában háromdimenziósnak kell tekinteni (egy részecske térbeli helyzetének meghatározásához három koordinátát kell megadni), engedelmeskedve Euklidész geometriájának (a Pitagorasz-tétel igaz a térben) és abszolútnak. Az idő egydimenziós, egyirányú (a múltból a jövőbe változik) és abszolút. A tér és az idő abszolút volta azt jelenti, hogy tulajdonságaik nem függenek az anyag eloszlásától és mozgásától. A klasszikus mechanikában a következő állítást fogadják el igaznak: a tér és az idő nem kapcsolódnak egymáshoz, és egymástól függetlenül tekinthetők.

A mozgás relatív, ezért annak leírásához választani kell referenciatest, azaz test, amelyhez képest a mozgást figyelembe veszik. Mivel a mozgás térben és időben történik, ennek leírásához ki kell választani egyik vagy másik koordinátarendszert és egy órát (számtani tér és idő). A tér háromdimenziós volta miatt minden pontjához három számot (koordinátát) rendelnek. Az egyik vagy másik koordinátarendszer megválasztását általában az adott feladat feltétele és szimmetriája diktálja. Elméleti megfontolásokban általában téglalap alakú derékszögű koordinátarendszert fogunk használni (1.1. Ábra).

A klasszikus mechanikában az időintervallumok mérésére az idő abszolút volta miatt elég, ha egy órát a koordináta -rendszer kiindulópontjára helyezünk (ezt a kérdést részletesen megvizsgáljuk a relativitáselméletben). A referenciatest és az ehhez a testhez tartozó órák és skálák (koordináta -rendszer) referencia Keret.

Bemutatjuk a zárt fizikai rendszer fogalmát. Zárt fizikai rendszer anyagi objektumok rendszerének nevezzük, amelyben a rendszer összes tárgya kölcsönhatásba lép egymással, de nem lép kölcsönhatásba olyan tárgyakkal, amelyek nem a rendszer részei.

A kísérletek azt mutatják, hogy a következő invariancia elvek számos referenciarendszerre érvényesek.

Az invariancia elve a térbeli eltolódások tekintetében(a tér homogén): a zárt fizikai rendszeren belüli folyamatok lefolyását nem befolyásolja a referenciatesthez viszonyított helyzete.

Az invariancia elve a térbeli forgatások tekintetében(a tér izotróp): a zárt fizikai rendszeren belüli folyamatok lefolyását nem befolyásolja a referenciatesthez viszonyított orientációja.

A változatlanság elve az időeltolódások tekintetében(az idő homogén): a zárt fizikai rendszeren belüli folyamatok lefolyását nem befolyásolja a folyamatok kezdési ideje.

A tükör invariancia elve(a tér tükörszimmetrikus): a zárt tükörszimmetrikus fizikai rendszerekben lejátszódó folyamatok maguk is tükörszimmetrikusak.

Azokat a vonatkoztatási kereteket, amelyekhez képest a tér homogén, izotróp és tükörszimmetrikus, és az időt egységesen nevezik tehetetlenségi referenciakeretek(ISO).

Newton első törvénye azt állítja, hogy léteznek ISO -k.

Nem egy, hanem végtelen számú ISO van. A referenciakeret, amely egyenletesen és egyenletesen mozog az IF -hez képest, maga lesz a IF.

A relativitás elveállítja, hogy a zárt fizikai rendszerben zajló folyamatok menetét nem befolyásolja annak egyenes vonalú, egyenletes mozgása a referenciakerethez képest; a folyamatokat leíró törvények azonosak a különböző ISO -kban; maguk a folyamatok ugyanazok lesznek, ha a kezdeti feltételek azonosak.

1.2 A klasszikus mechanika alapmodelljei és szakaszai

A klasszikus mechanikában a valódi fizikai rendszerek leírásakor számos elvont fogalmat vezetnek be, amelyek megfelelnek a valós fizikai objektumoknak. Az ilyen alapfogalmak száma magában foglalja: zárt fizikai rendszer, anyagi pont (részecske), abszolút merev test, folytonos közeg és számos más.

Anyagpont (részecske)- test, amelynek mérete és belső szerkezete figyelmen kívül hagyható mozgásának leírásakor. Ezenkívül minden részecskét saját paraméterei jellemeznek - tömeg, elektromos töltés... Az anyagi pontmodell nem veszi figyelembe a szerkezeti elemeket belső jellemzők részecskék: tehetetlenségi nyomaték, dipólusnyomaték, megfelelő momentum (spin) stb. Egy részecske térbeli helyzetét három szám (koordináta) vagy sugárvektor jellemzi (1.1. ábra).

Abszolút szilárd

Az anyagi pontok rendszere, amelyek közötti távolságok mozgásuk során nem változnak;

Egy test, amelynek deformációi elhanyagolhatók.

Egy valódi fizikai folyamat az elemi események folyamatos sorozatának tekinthető.

Elemi esemény Nulla térbeli kiterjedésű és nulla időtartamú jelenség (például egy golyó, amely célba talál). Az eseményt négy szám jellemzi - koordináták; három térbeli koordináta (vagy sugár - vektor) és egy időkoordináta :. Ebben az esetben egy részecske mozgását a következő elemi események folyamatos szekvenciájaként ábrázoljuk: egy részecske áthaladása a tér adott pontján egy adott időpontban.

A részecske mozgástörvénye akkor tekinthető adottnak, ha ismert a részecske sugarának vektorának (vagy három koordinátájának) az idő függése:

A vizsgált tárgyak típusától függően a klasszikus mechanika részecskék és részecskerendszerek mechanikájára, abszolút merev test mechanikájára, folyamatos közegek mechanikájára (rugalmas testek mechanikája, hidromechanika, aeromechanika) van felosztva.

A megoldandó feladatok jellege szerint a klasszikus mechanika kinematikára, dinamikára és statikára oszlik. Kinematika tanulmányozza a részecskék mechanikai mozgását anélkül, hogy figyelembe venné azokat az okokat, amelyek megváltoztatják a részecskék (erők) mozgásának jellegét. Feltételezzük, hogy a rendszer részecskéinek mozgási törvénye adott. E törvény szerint a kinematikában a rendszer részecskéinek sebességét, gyorsulását, pályáját határozzák meg. Dinamika figyelembe veszi a részecskék mechanikai mozgását, figyelembe véve azokat az okokat, amelyek megváltoztatják a részecskék mozgásának jellegét. Ismertnek tekinthetők a rendszer részecskéi és a rendszer részecskéi között a rendszerben nem szereplő testek oldaláról ható erők. Az erők természetét a klasszikus mechanikában nem tárgyaljuk. Statika tekinthető úgy különleges eset dinamika, ahol a rendszer részecskéinek mechanikai egyensúlyának feltételeit tanulmányozzák.

A rendszerek leírásának módja szerint a mechanika newtoni és analitikus mechanikára oszlik.

1.3 Koordinálja az események átalakítását

Nézzük meg, hogyan alakulnak át az események koordinátái, amikor egyik IFR -ről a másikra átmegy.

1. Térbeli eltolódás. Ebben az esetben az átalakítások így néznek ki:

Hol van a térbeli eltolás vektor, amely nem függ az eseményszámtól (a index).

2. Időeltolás:

Hol van az időeltolódás.

3. Térbeli forgatás:

Hol van a végtelen kicsi forgás vektorja (1.2. Ábra).

4. Időfordítás (időfordítás):

5. Térbeli inverzió (pontreflexió):

6... Galilei átalakulásai. Figyelembe vesszük az események koordinátáinak átalakítását az egyik IFR -ről a másikra való átmenet során, amely az elsőhöz képest egyenesen és egyenletesen mozog a sebességgel (1.3. Ábra):

Hol van a második arány posztulált(!), és kifejezi az idő abszolút voltát.

A térbeli koordináták átalakításának jobb és bal részének időben történő megkülönböztetése, figyelembe véve az idő abszolút jellegét, a definíció használatával sebesség, mint a sugárvektor deriváltja az idő vonatkozásában, azt a feltételt, hogy = const, megkapjuk klasszikus jog sebesség hozzáadása

Itt különös figyelmet kell fordítanunk arra, hogy az utolsó összefüggés levezetésekor szükséges vegye figyelembe az idő abszolút természetének posztulátumát.

Rizs. 1.2. 1.3

Ismét időbeli differenciálás a definíció segítségével gyorsulás, mint a sebesség időbeli deriváltja, azt kapjuk, hogy a gyorsulás azonos a különböző IFR -ek vonatkozásában (a Galileo -transzformációk alatt változatlan). Ez az állítás matematikailag kifejezi a relativitás elvét a klasszikus mechanikában.

Matematikailag az 1-6 transzformációk csoportot alkotnak. Valójában ez a csoport egyetlen átalakítást tartalmaz - azonos transzformációt, amely megfelel az egyik rendszerről a másikra való átmenet hiányának; az 1-6. transzformációk mindegyikéhez van egy fordított transzformáció, amely visszaállítja a rendszert eredeti állapotába. A szorzás (összetétel) művelete a megfelelő transzformációk szekvenciális alkalmazásaként kerül bevezetésre. Külön meg kell jegyezni, hogy a rotációs transzformációk csoportja nem engedelmeskedik a kommutatív (permutációs) törvénynek, azaz nem abeli. Az 1-6. Teljes transzformációs csoportot Galilei transzformációs csoportnak nevezik.

1.4 Vektorok és skalárok

Vektor fizikai mennyiségnek nevezzük, amely egy részecske sugaras vektorává alakul, és számszerű értéke és térbeli iránya jellemzi. A térbeli inverzió működését tekintve a vektorokat osztjuk igaz(poláris) és pszeudo vektorok(tengelyirányú). Térbeli inverzióval az igazi vektor megváltoztatja előjelét, az álvektor nem változik.

Skalárisok csak számszerű értékük jellemzi. A térbeli inverzió működését tekintve a skalárokat osztjuk igazés álskalárok... Térbeli inverzió esetén a valódi skalár nem változik, az álskaláris megváltoztatja a jelét.

Példák... A sugárvektor, a sebesség, a részecske gyorsulása valódi vektorok. A forgásszög, a szögsebesség, a szöggyorsulás vektorai pszeudovektorok. Két valódi vektor vektor szorzata pszeudovektor, egy valódi vektor áltermék vektor -szorzata valódi vektor. Skaláris termék két igaz vektor - valódi skalár, valódi vektor pszeudovektoronként - pszeudoszkaláris.

Meg kell jegyezni, hogy a vektoros vagy skaláris egyenlőségben, a jobb és a bal oldalon, a térbeli inverzió működését illetően azonos jellegű kifejezéseknek kell lenniük: valódi skalárok vagy pszeudoszkalárisok, valódi vektorok vagy pszeudovektorok.

E két hatás kölcsönhatása az fő téma Newton mechanikája.

A fizika ezen szakaszának további fontos fogalmai az energia, a lendület, a szögimpulzus, amelyek a kölcsönhatás során átvihetők a tárgyak között. A mechanikus rendszer energiája kinetikus (mozgási energiája) és potenciális (a test más testhez viszonyított helyzetétől függő) energiáiból áll. Ezeknek fizikai mennyiségek alapvető természetvédelmi törvények érvényesek.

1. Történelem

A klasszikus mechanika alapjait Galilei, valamint Kopernikusz és Kepler fektette le az égitestek mozgástörvényeinek tanulmányozásában, és sokáig a mechanikát és a fizikát tekintették a csillagászati ​​események leírásának összefüggésében.

A heliocentrikus rendszer elképzeléseit Kepler tovább formalizálta három mozgástörvényében égitestek... Különösen a Kepler második törvénye kimondja, hogy a Naprendszer minden bolygója elliptikus pályán mozog, egyikük a Napra fókuszál.

A következő fontos hozzájárulás a klasszikus mechanika alapjaihoz Galilei volt, aki a testek mechanikai mozgásának alaptörvényeit vizsgálva, különösen a gravitációs erők hatására, öt egyetemes mozgástörvényt fogalmazott meg.

Ennek ellenére a klasszikus mechanika fő megalapítójának babérja Isaac Newtoné, aki "A természetes filozófia matematikai elvei" című munkájában szintetizálta azokat a fogalmakat a mechanikus mozgás fizikájában, amelyeket elődei fogalmaztak meg. Newton három alapvető mozgástörvényt fogalmazott meg, amelyeket róla neveztek el, valamint az univerzális gravitáció törvényét, amely vonalat húzott Galilei kutatásai alá a testek szabad esésének jelenségéről. Így új kép született a világról és alapvető törvényeiről, hogy felváltja az elavult arisztotelészi képet.

2. A klasszikus mechanika korlátai

A klasszikus mechanika pontos eredményeket ad azokhoz a rendszerekhez, amelyekkel a mindennapi életben találkozunk. De helytelenné válnak azoknál a rendszereknél, amelyek sebessége megközelíti a fénysebességet, ahol azt relativisztikus mechanika váltja fel, vagy nagyon kicsi rendszereknél, ahol a kvantummechanika törvényei érvényesek. Azon rendszerek esetében, amelyek mindkét tulajdonságot egyesítik, a klasszikus mechanika helyett relativisztikus kvantumtér -elméletet használnak. Nagyon nagy alkatrészszámú vagy szabadságfokú rendszerek esetében a klasszikus mechanika is megfelelő lehet, de a statisztikai mechanika módszereit használják

A klasszikus mechanikát széles körben használják, mert egyrészt sokkal egyszerűbb és könnyebben alkalmazható, mint a fent felsorolt ​​elméletek, másrészt nagy lehetőségeket kínál a közelítésre és alkalmazásra a fizikai tárgyak nagyon széles osztályában, kezdve a szokásos tárgyakkal, mint például egy forgófej vagy egy golyó, nagyszerű csillagászati ​​tárgyakban (bolygók, galaxisok) és egészen mikroszkopikus (szerves molekulák).

3. Matematikai készülék

Alapvető matematikai készülék klasszikus mechanika- differenciál- és integrálszámítás, amelyet kifejezetten erre fejlesztettek ki Newton és Leibniz. A klasszikus megfogalmazásban a mechanika Newton három törvényén alapul.

4. Nyilatkozat az elmélet alapjairól

Az alábbiakban a klasszikus mechanika alapfogalmait foglaljuk össze. Az egyszerűség kedvéért az anyagi pont fogalmát objektumként fogjuk használni, amelynek méretei elhanyagolhatók. Az anyagi pont mozgását kis számú paraméter határozza meg: helyzet, tömeg és a rá ható erők.

A valóságban minden tárgy mérete, amellyel a klasszikus mechanika foglalkozik, nem nulla. Egy anyagi pont viszont, mint például egy elektron, engedelmeskedik a kvantummechanika törvényeinek. A nullától eltérő dimenziójú objektumok sokkal összetettebb viselkedést mutatnak, mert belső állapotuk megváltozhat - például egy mozgásban lévő golyó is foroghat. Mindazonáltal az ilyen testekben az anyagi pontokra kapott eredményeket akkor lehet alkalmazni, ha azokat egymással kölcsönhatásban álló anyagi pontok halmazának tekintjük. Az ilyen összetett objektumok anyagi pontokként viselkedhetnek, ha méretük jelentéktelen egy adott fizikai probléma skálájában.

4.1. Helyzet, sugárvektor és származékai

Egy tárgy (anyagi pont) helyzetét a tér egy fix pontjához viszonyítva határozzák meg, amelyet origónak neveznek. Megadható ennek a pontnak a koordinátáival (például a derékszögű koordinátarendszerben) vagy a sugárvektorral r, az eredettől idáig húzva. A valóságban egy anyagi pont mozoghat az idő múlásával, így a sugárvektor általában az idő függvénye. A klasszikus mechanikában a relativisztikus mechanikával ellentétben úgy gondolják, hogy az idő áramlása minden vonatkoztatási rendszerben azonos.

4.1.1. Röppálya

A pálya egy anyagi pont összes pozíciójának halmaza, mozgó - általános esetben ívelt vonal, amelynek formája függ a pont mozgásának jellegétől és a kiválasztott referenciakerettől.

4.1.2. Mozgó

.

Ha a részecskére ható összes erő konzervatív, és V az összes potenciális energia, amelyet minden erő potenciális energiájának összeadásával nyerünk

	.

Azok. teljes energia E = T + V. fennáll az időben. Ez az egyik alapvető fizikai megőrzési törvény megnyilvánulása. A klasszikus mechanikában a gyakorlatban hasznos lehet, mert a természetben sokféle erő konzervatív.

A klasszikus mechanika megjelenése volt a kezdete annak, hogy a fizika szigorú tudománygá alakult át, vagyis olyan tudásrendszerré, amely megerősíti kezdeti elveinek és végső következtetéseinek igazságát, tárgyilagosságát, érvényességét és ellenőrizhetőségét. Ez az esemény a XVI-XVII században történt, és a nevekhez kapcsolódik Galileo Galilei, René Descartes és Isaac Newton. Ők végezték a természet "matematizálását", és megalapozták a kísérleti-matematikai természetszemléletet. A természetet térbeli-geometriai (alak), kvantitatív-matematikai (szám, nagyságrend) és mechanikai (mozgás) tulajdonságokkal, valamint az ezekhez kapcsolódó ok-okozati összefüggésekkel, "matematikai egyenletekkel" kifejezhető "anyagi" pontok halmazaként mutatták be.

A fizika szigorú tudománygá alakítását G. Galilei kezdeményezte. A Galileo számos alapvető elvet és mechanikai törvényt fogalmazott meg. Ugyanis:

- tehetetlenségi elv, miszerint amikor a test halad vízszintes sík, nem talál ellenállást a mozgásnak, akkor a mozgása egyenletes, és folyamatosan folytatódna, ha a sík vég nélkül kiterjedne az űrbe;

- relativitás elve, amely szerint az inerciális rendszerekben a mechanika minden törvénye azonos, és nincs lehetőség belül lenni annak megállapítására, hogy egyenesen és egyenletesen mozog -e, vagy nyugalomban van -e;

- sebességmegőrzési elv valamint a térbeli és időbeli intervallumok megőrzése az egyik tehetetlenségi rendszerről a másikra való átmenet során. Ez a híres Galilei transzformáció.

A holisztikus szemlélet logikai-matematikai szervezett rendszer Isaac Newton műveiben kapott mechanikai alapfogalmak, elvek és törvények. Először is "A természeti filozófia matematikai elvei" című munkájában Newton a következő fogalmakat vezeti be: súly vagy az anyag mennyisége, tehetetlenség, vagy a test azon tulajdonsága, hogy ellenáll a nyugalmi vagy mozgási állapot megváltozásának, súly tömegmérőként, erő, vagy a testen az állapot megváltoztatása érdekében tett intézkedés.

Newton megkülönböztette az abszolút (igaz, matematikai) teret és időt, amelyek nem függenek a bennük elhelyezkedő testektől, és mindig egyenlők önmagukkal, valamint a relatív teret és időt - a tér mozgó részeit és az idő mért időtartamát.

Newton koncepciójában különleges helyet foglal el a tan gravitáció vagy gravitáció, amelyben egyesíti az "égitest" és a földi testek mozgását. Ez a tanítás állításokat tartalmaz:

A test súlyossága arányos a benne lévő anyag vagy tömeg mennyiségével;

A gravitáció arányos a tömeggel;

A gravitáció ill gravitációés van az az erő, amely a köztük lévő távolság négyzetével fordított arányban hat a Föld és a Hold között;

Ez a gravitációs erő hat minden távolságban lévő anyagi test között.

A gravitációs erő természetéről Newton azt mondta: "Nem találok ki hipotéziseket."

A Galileo-Newton mechanikája, amelyet D. Alambert, Lagrange, Laplace, Hamilton műveiben fejlesztettek ki ... ennek eredményeként harmonikus formát kapott, amely meghatározza az akkori világ fizikai képét. Ez a kép a fizikai test önazonosságának elvein alapult; függetlenségét a tértől és az időtől; determinizmus, vagyis a fizikai testek meghatározott állapota közötti szigorú, egyértelmű oksági kapcsolat; minden fizikai folyamat visszafordíthatósága.

Termodinamika.

A 19. században S. Kalno, R. Mayer, D. Joule, G. Gemholtz, R. Clausius, W. Thomson (Lord Kelvin) által végzett tanulmányok a hő munkába való átalakításának folyamatáról és fordítva. a következtetéseket, amelyekről R. Mayer ezt írta: "A mozgás, a hő ..., az elektromosság olyan jelenségek, amelyeket egymás mérnek, és bizonyos törvények szerint átalakulnak egymásra." Gemholtz Mayer ezt a megállapítását általánosítja a következtetésre: "A természetben létező feszült és élő erők összege állandó." William Thomson a "feszült és élő erők" fogalmát finomította a potenciális és a kinetikus energia fogalmára, az energiát munkaképességként definiálva. R. Clausius ezeket az elképzeléseket foglalta össze a megfogalmazásban: "A világ energiája állandó." Így a fizikusok közösségének közös erőfeszítései révén alapvető fontosságú minden fizikai számára ismeri az energia megmaradásának és átalakításának törvényét.

Az energiamegmaradás és átalakítás folyamatainak tanulmányozása egy másik törvény felfedezéséhez vezetett - a növekvő entrópia törvénye... "A hő átmenet a hidegebb testről a melegebbre" - írta Clausius - "nem jöhet létre kompenzáció nélkül." Clausius a hő átalakulási képességének mértékét nevezte entrópia. Az entrópia lényege abban nyilvánul meg, hogy bármely elszigetelt rendszerben a folyamatoknak abba az irányba kell haladniuk, hogy minden típusú energiát hővé alakítsanak, miközben kiegyenlítik a rendszerben meglévő hőmérsékleti különbségeket. Ez azt jelenti, hogy a valódi fizikai folyamatok visszafordíthatatlanok. Az elvet, amely az entrópia tendenciáját maximálja, a termodinamika második törvényének nevezik. Az első elv az energia megmaradásának és átalakításának törvénye.

A növekvő entrópia elve számos problémát vetett fel a fizikai gondolkodás számára: a fizikai folyamatok visszafordíthatósága és visszafordíthatatlansága közötti kapcsolat, az energiamegmaradás formalitása, amely nem képes a testek hőmérséklet -homogenitásával végzett munkára. Mindez a termodinamika alapelveinek mélyebb megalapozását igényelte. Először is a hő természete.

Ilyen alátámasztásra tett kísérletet Ludwig Boltzmann, aki a hő természetének molekuláris-atomi felfogására támaszkodva arra a következtetésre jutott, hogy kb. statisztikai a termodinamika második törvényének jellege, mivel a makroszkopikus testeket alkotó hatalmas molekulaszám, valamint a mozgásuk rendkívüli sebessége és káoszának köszönhetően csak átlagos értékeket... Az átlagértékek meghatározása a valószínűségelmélet feladata. A maximális hőmérsékleti egyensúly mellett a molekuláris mozgás káosza is maximális, amelyben minden rend eltűnik. Felmerül a kérdés: keletkezhet -e, és ha igen, hogyan, káoszból újra rend keletkezhet? A fizika erre csak száz év múlva képes válaszolni, bevezetve a szimmetria és a szinergia elvét.

Elektrodinamika.

A 19. század közepére az elektromos és mágneses jelenségek fizikája bizonyos véget ért. Coulomb számos legfontosabb törvényét fedezték fel, Ampere törvényét, az elektromágneses indukció törvényét, törvényeket egyenáram stb. Mindezek a törvények alapultak nagy hatótávolságú elv... Kivételt képeztek Faraday nézetei, aki úgy vélte, hogy az elektromos cselekvést folyamatos közegen keresztül továbbítják, vagyis a rövid hatótávolság elve... Faraday elképzelései alapján J. Maxwell angol fizikus vezeti be a fogalmat elektromágneses mezőés leírja az általa "felfedezett" anyagállapotot egyenleteiben. "... Az elektromágneses mező - írja Maxwell - a tér azon része, amely elektromos vagy mágneses állapotban lévő testeket tartalmaz és körülveszi." Az elektromágneses mező egyenleteit ötvözve Maxwell megkapja a hullámegyenletet, amely magában foglalja a létezést elektromágneses hullámok , amelynek terjedési sebessége levegőben egyenlő a fény sebességével. Az ilyen elektromágneses hullámok létezését kísérletileg megerősítette Heinrich Hertz német fizikus 1888 -ban.

Annak érdekében, hogy megmagyarázza az elektromágneses hullámok kölcsönhatását az anyaggal, Hendrik Anton Lorentz német fizikus hipotézist állított fel a létezésről elektron, vagyis egy kis elektromos töltésű részecske, amely hatalmas mennyiségben van jelen minden nehéz testben. Ez a hipotézis magyarázta a spektrális vonalak mágneses térben történő felosztásának jelenségét, amelyet 1896 -ban fedezett fel Zeeman német fizikus. 1897 -ben Thomson kísérletileg megerősítette a legkisebb negatív töltésű részecske vagy elektron jelenlétét.

Tehát a klasszikus fizika keretein belül meglehetősen harmonikus és teljes kép született a világról, amely leírja és megmagyarázza a mozgást, a gravitációt, a hőt, az elektromosságot és a mágnesességet, a fényt. Ez Lord Kelvin (Thomson) okot adott arra, hogy azt állítsa, hogy a fizika építése gyakorlatilag befejeződött, csak néhány részlet hiányzik ...

Először is kiderült, hogy Maxwell egyenletei nem invariánsak a galileai transzformációk során. Másodszor, az éter, mint abszolút koordinátarendszer elmélete, amelyhez Maxwell egyenletei "kötődnek", nem talált kísérleti megerősítést. A Michelson-Morley kísérlet azt mutatta, hogy a fénysebesség nem függ az iránytól a mozgó koordinátarendszerben Nem... Hendrik Lorentz, a Maxwell -egyenletek megőrzésének támogatója, aki ezeket az egyenleteket az éterhez "kötötte" abszolút referenciakeretként, feláldozta Galilei relativitás elvét, annak átalakításait és megfogalmazta átalakításait. G. Lorentz átalakításaiból az következett, hogy a térbeli és időbeli intervallumok nem változatlanok az egyik tehetetlenségi referenciakeretből a másikba való átmenet során. Minden rendben lenne, de az abszolút környezet - az éter - létezését kísérletileg nem erősítették meg. Ez válság.

Nem klasszikus fizika. Speciális relativitáselmélet.

Albert Einstein L. Infelddel közös könyvében a különleges relativitáselmélet megalkotásának logikáját írja le: „Most tegyük össze azokat a tényeket, amelyeket kísérletekkel kellően igazoltak, anélkül, hogy tovább aggódnánk az éterprobléma miatt:

1. A fény sebessége az üres térben mindig állandó, függetlenül a fényforrás vagy a vevő mozgásától.

2. Két koordinátarendszerben, amelyek egyenesen és egyenletesen mozognak egymáshoz képest, a természet minden törvénye szigorúan ugyanaz, és nincs mód az abszolút egyenes és egyenletes mozgás kimutatására ...

Az első állítás a fénysebesség állandóságát fejezi ki, a második általánosítja a Galilei relativitás elvét, amelyet mechanikai jelenségekre fogalmaztak meg, mindenre, ami a természetben történik. "" A speciális relativitáselmélet kezdete. Az elfogadott két elv: az állandóság A fénysebességről és az összes tehetetlenségi vonatkoztatási rendszer egyenértékűségéről Einstein hozzáteszi a természeti törvények változatlanságának elvét H. Lorentz átalakításai tekintetében. Ezért minden tehetetlenségi rendszerben ugyanazok a törvények érvényesek, és az egyik rendszerről a másikra való átmenetet Lorentz -transzformációk adják, ami azt jelenti, hogy a mozgó óra ritmusa és a mozgó rudak hossza a sebességtől függ: a rúd nullára húzódik össze, ha sebessége eléri a fénysebességet, és a mozgó óra ritmusa lelassul, az óra teljesen leállna, ha mozogni tudna sk a fény dühét.

Így a fizikából kiküszöbölték a newtoni abszolút időt, teret, mozgást, amelyek mintegy függetlenek voltak a mozgó testektől és azok állapotától.

Általános relativitáselmélet.

A már idézett könyvben Einstein megkérdezi: "Megfogalmazhatjuk -e a fizikai törvényeket úgy, hogy azok érvényesek legyenek minden koordináta -rendszerre, nem csak az egyenesen és egyenletesen mozgó rendszerekre, hanem az egymáshoz képest teljesen önkényesen mozgó rendszerekre is? "... És azt válaszolja: "Kiderül, hogy lehetséges."

Miután elvesztették a speciális relativitáselméletben „függetlenségüket” a mozgó testektől és egymástól, a tér és az idő mintegy „megtalálta” egymást egyetlen tér-idő négydimenziós kontinuumban. A kontinuum szerzője, Hermann Minkowski matematikus 1908 -ban publikálta az "Elektromágneses folyamatok elméletének alapjai" című művet, amelyben azt állította, hogy mostantól kezdve magát a teret és az időt is csak az árnyékok szerepére kell redukálni. mindkettő valamiféle kapcsolatának továbbra is meg kell őriznie függetlenségét. A. Einstein ötlete az volt, hogy minden fizikai törvényt tulajdonságként ábrázolnak ennek a kontinuumnak, mint annak metrikus... Einstein ebből az új pozícióból figyelembe vette Newton gravitációs törvényét. Ahelyett gravitációs erők működni kezdett gravitációs mező... A gravitációs mezők a görbületként szerepeltek a tér-idő kontinuumban. A kontinuum metrika nem euklideszi, "Riemann-féle" metrikává vált. A kontinuum "görbületét" a benne mozgó tömegek eloszlásának eredményeként tekintették. Az új elmélet megmagyarázta a Merkúr Nap körüli forgásának pályáját, amely nincs összhangban Newton gravitációs törvényével, valamint a Nap közelében áthaladó csillagfénysugár elhajlását.

Tehát az "inerciális koordináta -rendszer" fogalma kikerült a fizikából és az általánosított állításából relativitás elve: bármely koordináta -rendszer egyaránt alkalmas a természeti jelenségek leírására.

Kvantummechanika.

A második, Lord Kelvin (Thomson) szerint, a hiányzó elem a fizika építésének befejezéséhez a XIX-XX. Század fordulóján súlyos ellentmondás volt az elmélet és a kísérlet között a fekete test hősugárzásának törvényeinek tanulmányozása során. . Az uralkodó elmélet szerint folyamatosnak kell lennie, folyamatos... Ez azonban paradox következtetésekre vezetett, például arra, hogy a fekete test által adott hőmérsékleten kibocsátott teljes energia egyenlő a végtelennel (Rayleigh-Gene képlet). A probléma megoldásához Max Planck német fizikus 1900 -ban egy hipotézist terjesztett elő, miszerint az anyag csak akkor bocsáthat ki vagy nyelhet el energiát, ha a kibocsátott (vagy elnyelt) frekvenciával arányos véges részekben (kvantumokban) szerepel. Egy rész energiája (kvantum) E = hn, ahol n a sugárzási frekvencia, és h univerzális állandó. Planck hipotézisét használta Einstein a fotoelektromos hatás magyarázatára. Einstein bevezette a fénykvantum vagy a foton fogalmát. Azt is javasolta könnyű, Planck képletének megfelelően hullám- és kvantumtulajdonságokkal is rendelkezik. A fizikusok közösségében a hullám -részecske kettősségről kezdtek beszélni, különösen azért, mert 1923 -ban egy másik jelenséget fedeztek fel, amely megerősíti a fotonok létezését - a Compton -effektust.

1924-ben Louis de Broglie kiterjesztette a fény kettős hullám-részecske természetének gondolatát az anyag minden részecskéjére, bevezetve a az anyag hullámai... Ezért beszélhetünk az elektron hullámtulajdonságairól, például az elektron diffrakciójáról, amelyeket kísérletileg állapítottak meg. R. Feynman kísérletei azonban, amikor két lyukú elektronot "bombáztak" egy pajzson, azt mutatták, hogy egyrészt lehetetlen megmondani, hogy az elektron melyik lyukon repül át, vagyis pontosan meg lehet határozni a koordinátáját, másrészt viszont ne torzítsa a regisztrált elektronok eloszlási mintáit anélkül, hogy megsértené az interferencia jellegét. Ez azt jelenti, hogy ismerhetjük vagy az elektron koordinátáját, vagy a lendületet, de nem mindkettőt együtt.

Ez a kísérlet megkérdőjelezte a részecske fogalmát a klasszikus értelemben vett pontos térbeli és időbeli lokalizáció szempontjából.

A mikrorészecskék "nem klasszikus" viselkedésének magyarázatát először Werner Heisenberg német fizikus adta meg. Utóbbi megfogalmazta a mikrorészecske mozgástörvényét, amely szerint a részecske pontos koordinátájának ismerete a lendület teljes bizonytalanságához vezet, és fordítva, a részecske lendületének pontos ismerete a koordinátájának teljes bizonytalanságához vezet. V. Heisenberg megállapította a mikrorészecskék koordinátájának és impulzusának értékeiben a bizonytalanságok arányát:

Dх * DР х ³ h, ahol Dх - bizonytalanság a koordinátaértékben; DP x - bizonytalanság az impulzus értékében; h Planck állandója. Ezt a törvényt és a bizonytalanság összefüggést nevezzük bizonytalanság elve Heisenberg.

A bizonytalanság elvét elemezve Niels Bohr dán fizikus kimutatta, hogy a kísérlet megfogalmazásától függően egy mikrorészecske felfedi annak korpuszkuláris vagy hullám jellegét, de nem mindkettő egyszerre... Következésképpen a mikrorészecskék e két természete kölcsönösen kizárja egymást, és ugyanakkor egymást kiegészítőnek kell tekinteni, és leírásuk a kísérleti helyzetek két osztályán (korpuszkuláris és hullám) alapul - ez egy mikrorészecske szerves leírása. Nincs részecske "önmagában", hanem rendszer "részecske - eszköz". N. Bohr ezen következtetéseit hívták a komplementaritás elve.

A bizonytalanság és a komplementaritás e megközelítés keretei között nem tudatlanságunk mércéje, hanem A mikrorészecskék objektív tulajdonságai, a mikrokozmosz egészét. Ebből következik, hogy a statisztikai, valószínűségi törvények a fizikai valóság mélyén rejlenek, és az egyértelmű ok -okozati összefüggés dinamikus törvényei csak egy bizonyos sajátos és idealizált eset a statisztikai törvények kifejezésére.

Relativisztikus kvantummechanika.

1927 -ben Paul Dirac angol fizikus felhívta a figyelmet arra, hogy az addig felfedezett mikrorészecskék mozgásának leírására: egy elektron, egy proton és egy foton, mivel ezek a fénysebességhez közeli sebességgel mozognak. speciális relativitáselmélet szükséges. Dirac összeállított egy egyenletet, amely leírta az elektron mozgását, figyelembe véve mind a kvantummechanika törvényeit, mind Einstein relativitáselméletét. Ezt az egyenletet két megoldás is kielégítette: az egyik megoldás ismert elektronot adott pozitív energiával, a másik ismeretlen iker elektronot, de negatív energiával. Így merült fel a szimmetrikus részecskék és antirészecskék gondolata. Ez felvetette a kérdést: üres a vákuum? Einstein éter „kiűzése” után kétségtelenül üresnek tűnt.

A modern, jól bevált koncepciók azt mondják, hogy a vákuum csak átlagosan "üres". Rendkívül sok virtuális részecske és antirészecske születik és tűnik el benne. Ez nem mond ellent a bizonytalanság elvének, amelynek DE * Dt ³ h kifejezése is van. Vákuum be kvantum elmélet mező egy kvantummező legalacsonyabb energiaállapotának minősül, amelynek energiája csak átlagosan nulla. Tehát a vákuum egy "valami", az úgynevezett "semmi".

Az egységes terepelmélet felépítése felé.

1918 -ban Emmy Noether bebizonyította, hogy ha valamilyen rendszer invariáns valamilyen globális átalakulás alatt, akkor van egy bizonyos megőrző mennyiség. Ebből következik, hogy a megmaradás (energia) törvénye következmény szimmetriák valós tér-időben léteznek.

A szimmetria mint filozófiai fogalom a világ jelenségeinek különböző és ellentétes állapotai közötti létezés és azonos pillanatok kialakulásának folyamatát jelenti. Ez azt jelenti, hogy bármely rendszer szimmetriájának vizsgálatakor figyelembe kell venni azok viselkedését a különböző transzformációk során, és a teljes átalakítások közül ki kell választani azokat, amelyek elhagyják változatlan, változatlan a vizsgált rendszereknek megfelelő funkciók.

BAN BEN modern fizika a fogalmat használják mérő szimmetria... Kalibrálással a vasúti dolgozók megértik az átmenetet a keskeny nyomtávról a szélesre. A fizikában a kalibrálás eredetileg szint- vagy skálaváltozás is volt. A speciális relativitáselméletben a fizika törvényei nem változnak az átvitel vagy eltolás tekintetében a távolság kalibrálásakor. A mérőszimmetria esetében az invariancia követelmény egy bizonyos típusú kölcsönhatást generál. Következésképpen a mérőinvariancia lehetővé teszi számunkra, hogy megválaszoljuk a kérdést: "Miért és miért léteznek ilyen kölcsönhatások a természetben?" Jelenleg a fizika négyféle fizikai kölcsönhatás létezését határozta meg: gravitációs, erős, elektromágneses és gyenge. Mindegyikük mérőműszer jellegű, és a mérőszimmetriák írják le őket, amelyek a hazug csoportok különböző ábrázolásai. Ez arra utal, hogy létezik egy primer szuperszimmetrikus mező, amelyben még mindig nincs különbség az interakciók típusai között. A különbségek, a kölcsönhatás típusai a kezdeti vákuum szimmetriájának spontán, spontán megtörésének eredménye. A világegyetem fejlődése akkor úgy jelenik meg szinergikus önszerveződési folyamat: a vákuum szuperszimmetrikus állapotból való terjeszkedés során az Univerzum "ősrobbanássá" melegedett fel. Történetének további folyamata végigfutott kritikus pontok- bifurkációs pontok, amelyeken a kezdeti vákuum spontán szimmetriatörése történt. Nyilatkozat önszerveződő rendszerekát az eredeti szimmetria típusának spontán megszakadása a bifurkációs pontokonés van szinergia elve.

Az önszerveződés irányának megválasztása a bifurkációs pontokon, vagyis az eredeti szimmetria spontán megtörésének pontjain nem véletlen. Ezt mintegy a vákuum szuperszimmetriájának szintjén már jelen lévő személy "projektje" határozza meg, vagyis egy lény "projektje", amely megkérdezi, miért ilyen a világ. Ez antropikus elv, amelyet a fizikában 1962 -ben D. Dicke fogalmazott meg.

A relativitás, a bizonytalanság, a komplementaritás, a szimmetria, a szinergia, az antropikus elv, valamint a valószínűsíthető ok-okozati összefüggések mély-alapvető természetének érvényesülése a dinamikus, egyértelmű ok-okozati összefüggések vonatkozásában, és a kategorikus a modern gestalt fogalmi felépítése, a fizikai valóság képe.

Irodalom

1. Akhiezer A.I., Rekalo M.P. Modern fizikai kép a világról. M., 1980.

2. Bohr N. Atomfizika és emberi ismeretek. M., 1961.

3. Bohr N. Kauzalitás és komplementaritás // Bohr N. Válogatott tudományos munkák 2 kötetben, 2. kötet. M., 1971.

4. Született M. Fizika az én generációm életében, Moszkva, 1061.

5. Broglie L. De. Forradalom a fizikában. M., 1963

6. Heisenberg V. Fizika és filozófia. Részben és egészben. M. 1989.

8. Einstein A., Infeld L. A fizika evolúciója. M., 1965.

1. definíció

A mechanika a fizika kiterjedt ága, amely a fizikai testek térbeli és időbeli helyzetének változásainak törvényeit, valamint a Newton -törvényeken alapuló posztulátumokat tanulmányozza.

1. ábra A dinamika alaptörvénye. Author24 - hallgatói dolgozatok online cseréje

A fizika ezen tudományos irányát gyakran "newtoni mechanikának" nevezik. A klasszikus mechanika ma a következő szakaszokra oszlik:

• statika - megvizsgálja és leírja a testek egyensúlyát;
• kinematika - tanulmányozza a mozgás geometriai jellemzőit anélkül, hogy figyelembe venné annak okait;
• dinamika - az anyagi anyagok mozgásának tanulmányozásával foglalkozik.

A mechanikus mozgás az élő anyag létezésének egyik legegyszerűbb és egyben legelterjedtebb formája. Ezért a klasszikus mechanika rendkívül fontos helyet foglal el a természettudományban, és a fizika fő alosztályának tekintik.

A klasszikus mechanika alaptörvényei

A klasszikus mechanika posztulátumaiban tanulmányozza a dolgozó testek mozgását, sebessége sokkal kisebb, mint a fénysebesség. A relativitás speciális hipotézise szerint nincs abszolút tér és idő a nagy sebességgel mozgó elemek számára. Ennek eredményeképpen az anyagok kölcsönhatásának jellege bonyolultabbá válik, különösen tömege a mozgás sebességétől függ. Mindez a relativisztikus mechanika képleteinek megfontolás tárgyává vált, amelyeknél a fénysebesség állandója alapvető szerepet játszik.

A klasszikus mechanika a következő alaptörvényeken alapul.

1. Galilei relativitás elve. Ezen elv szerint sok referenciakeret létezik, amelyekben bármely szabad test nyugalomban van, vagy állandó sebességgel mozog az irányban. Ezeket a fogalmakat a tudományban inerciálisnak nevezik, és egyenes vonalban, egyenletesen mozogok egymáshoz képest.
2. Newton három törvénye. Az első megállapítja a tehetetlenségi tulajdonság kötelező jelenlétét a fizikai testekben, és feltételezi az olyan referenciafogalmak jelenlétét, amelyekben a szabad anyag mozgása történik állandó sebesség... A második posztulátum az erő fogalmát vezeti be, mint az aktív elemek kölcsönhatásának fő mértékét, és elméleti tények alapján feltételezi a test gyorsulása, mérete és tehetetlensége közötti kapcsolatot. A harmadik newtoni törvény - minden, az első testre ható erő esetében van egy ellentétes tényező, amely nagyságrendileg azonos és irányában ellentétes.
3. A belső energia megmaradásának törvénye a Newton -törvények következménye a stabil, zárt rendszerekre vonatkozóan, amelyekben kizárólag konzervatív erők működnek. Az anyagi testek zárt rendszerének teljes mechanikai ereje, amelyek között csak hőenergia, állandó marad.

Parallelogram szabályok a mechanikában

Bizonyos következmények következnek Newton testének három alapvető mozgáselméletéből, amelyek közül az egyik a paralelogramma szabály szerinti összes elem összeadása. Ezen elképzelés szerint bármely fizikai anyag felgyorsulása olyan mennyiségektől függ, amelyek főként más test működését jellemzik, amelyek meghatározzák a folyamat sajátosságait. Erőnek nevezzük azt a külső környezetből származó, a vizsgált tárgyra gyakorolt ​​mechanikai hatást, amely gyökeresen megváltoztatja több elem mozgási sebességét. Sokrétű lehet a természetben.

A klasszikus mechanikában, amely a fénysebességnél jóval kisebb sebességgel foglalkozik, a tömeget magának a testnek az egyik fő jellemzőjének tekintik, függetlenül attól, hogy mozog vagy nyugalomban van. A fizikai test tömege független az anyag kölcsönhatásától a rendszer más részeivel.

1. megjegyzés

Így a tömeget fokozatosan úgy értették, mint az élő anyag mennyiségét.

A tömeg és az erő fogalmának, valamint mérési módszerének megállapítása lehetővé tette Newton számára a klasszikus mechanika második törvényének leírását és megfogalmazását. Tehát a tömeg az egyik legfontosabb jellemzői anyag, amely meghatározza gravitációs és inert tulajdonságait.

A mechanika első és második elve rendre egy test vagy anyagi pont szisztematikus mozgásához kapcsolódik. Ebben az esetben csak egy bizonyos fogalom más elemeinek tevékenységét veszik figyelembe. Azonban bármilyen fizikai cselekvés interakció van.

A mechanika harmadik törvénye már rögzíti ezt az állítást, és azt mondja: egy cselekvés mindig egy ellentétes irányú és egyenlő reakciónak felel meg. Newton megfogalmazásában ez a mechanikai posztulátum csak az erők közvetlen összekapcsolása vagy az egyik anyagi test hirtelen áthelyezése esetén érvényes. Hosszú ideig tartó mozgás esetén a harmadik törvényt kell alkalmazni, amikor a cselekvés továbbításának idejét el lehet hanyagolni.

Általában a klasszikus mechanika minden törvénye érvényes a tehetetlenségi referenciarendszerek működésére. A nem tehetetlenségi fogalmak esetében teljesen más a helyzet. Magához a tehetetlenségi rendszerhez képest gyorsított koordinátamozgással Newton első törvénye nem alkalmazható - a benne lévő szabad testek idővel megváltoztatják mozgási sebességüket, és függnek a mozgás sebességétől és más anyagok energiájától.

A klasszikus mechanika törvényeinek alkalmazhatósági korlátai

3. ábra A klasszikus mechanika törvényeinek alkalmazhatósági korlátai. Author24 - hallgatói dolgozatok online cseréje

A 20. század elején a fizika meglehetősen gyors fejlődésének eredményeként kialakult a klasszikus mechanika bizonyos alkalmazási köre: törvényei és posztulátumai teljesülnek a fizikai testek mozgására, amelyek sebessége jóval kisebb, mint a fény sebessége. Meghatározták, hogy a sebesség növekedésével bármely anyag tömege automatikusan növekszik.

A klasszikus mechanika alapelvei közötti eltérés alapvetően abból fakadt, hogy a jövő bizonyos értelemben teljesen a jelenben van - ez határozza meg annak valószínűségét, hogy a rendszer viselkedését bármely időintervallumban pontosan megjósolják.

2. megjegyzés

A newtoni módszer azonnal a fő eszközzé vált a természet és a bolygó minden létének megértéséhez. A mechanika törvényei és a matematikai elemzés módszerei hamar megmutatják hatékonyságukat és fontosságukat. A fizikakísérlet, amely mérési technológián alapult, soha nem látott pontosságot biztosított a tudósoknak.

A fizikai tudás egyre inkább a központi ipari technológiává vált, amely ösztönözte más fontos természettudományok általános fejlődését.

A fizikában minden korábban elszigetelt elektromosság, fény, mágnesesség és hő egésszé vált, és elektromágneses hipotézissé egyesült. És bár a gravitáció természete ennyire határozatlan maradt, tetteit ki lehetett számítani. A Laplace -féle mechanista determinizmus koncepcióját, amely abból a lehetőségből fakad, hogy a testek viselkedését bármikor pontosan meg lehet határozni, ha a kezdeti feltételeket eredetileg meghatározzák, jóváhagyták és végrehajtották.

A mechanika mint tudomány szerkezete meglehetősen megbízhatónak és szilárdnak tűnt, valamint majdnem teljesnek. Ennek eredményeként az volt a benyomásom, hogy a fizika és törvényei ismerete közel a végsőhöz - ilyen erőt mutatott a klasszikus fizika megalapozása.