Etusivu > Luento

Newton on klassisen mekaniikan perustaja. Ja vaikka nykyään Newtonin mekanistinen maailmankuva näyttää modernin tieteen näkökulmasta karkealta ja rajoittuneelta, se antoi sysäyksen teoreettisten ja soveltavien tieteiden kehitykselle seuraavien lähes 200 vuoden ajan. Olemme Newtonille velkaa sellaiset käsitteet kuin absoluuttinen tila, aika, massa, voima, nopeus, kiihtyvyys; hän löysi fyysisten kappaleiden liikelait, mikä loi perustan fysiikan tieteen kehitykselle. (Mikään tästä ei kuitenkaan olisi voinut tapahtua, jos Galileo, Kopernikus ja muut eivät olisi olleet ennen häntä. Ei ihme, että hän itse sanoi: "Seisoin jättiläisten harteilla.") Pysähdytäänpä Newtonin tieteellisen tutkimuksen pääsaavutukseen - mekaaninen kuva maailmasta. Se sisältää seuraavat määräykset:

Toteamus, että koko maailma, universumi on vain kokoelma valtavan määrän jakamattomia ja muuttumattomia hiukkasia, jotka liikkuvat avaruudessa ja ajassa, joita yhdistävät painovoimat, jotka välittyvät kehosta kehoon tyhjyyden kautta. Tästä seuraa, että kaikki tapahtumat ovat jäykästi ennalta määrättyjä ja klassisen mekaniikan lakien alaisia, mikä mahdollistaa tapahtumien kulun ennalta määrittämisen ja ennustamisen. Maailman perusyksikkö on atomi, ja kaikki kappaleet koostuvat ehdottoman kiinteistä, jakamattomista, muuttumattomista soluista - atomeista. Mekaanisia prosesseja kuvaillessaan hän käytti käsitteitä "runko" ja "korpuskkeli". Atomien ja kappaleiden liike esitettiin yksinkertaisena kappaleiden liikkeenä avaruudessa ja ajassa. Tilan ja ajan ominaisuudet puolestaan ​​esitettiin muuttumattomina ja itse kappaleista riippumattomina. Luonto esiteltiin suurena mekanismina (koneena), jossa jokaisella osalla oli oma tarkoituksensa ja joka noudatti tiukasti tiettyjä lakeja. Tämän maailmakuvan ydin on luonnontieteellisen tiedon ja mekaniikan lakien synteesi, joka pelkisti (vähensi) koko ilmiöiden ja prosessien kirjon mekaanisiksi.

On mahdollista huomata tällaisen maailmakuvan hyvät ja huonot puolet. Plussat ovat se, että se mahdollisti monien luonnossa tapahtuvien ilmiöiden ja prosessien selittämisen turvautumatta myytteihin ja uskontoon, vaan luonnosta itsestään. Mitä tulee haitoihin, niitä on monia. Esimerkiksi aine Newtonin mekanistisessa tulkinnassa esitettiin inerttinä substanssina, joka on tuomittu asioiden ikuiseen toistumiseen; aika on tyhjä kesto, avaruus on yksinkertainen aineen "säiliö", joka ei ole olemassa ajasta eikä aineesta riippumatta. Tunteva subjekti eliminoitiin itse maailmakuvasta - a priori oletettiin, että tällainen maailmakuva on aina olemassa, itsestään, eikä se ole riippuvainen kognitiivisen subjektin keinoista ja menetelmistä. Newtonin kehittämä mekanistinen maailmankuva, luonnontieteellisen selityksen menetelmät antoivat voimakkaan sysäyksen muiden tieteiden kehitykselle, uusien tietoalueiden - kemian, biologian - syntymiselle (esim. R. Boyle pystyi osoittaa, kuinka elementit yhdistävät ja selittävät muita kemiallisia ilmiöitä perustuen ajatukseen "pienten aineen hiukkasten" (korpuskkelien) liikkeistä). Lamarck, etsiessään vastausta kysymykseen elävien organismien muutosten lähteestä, Newtonin mekanistiseen paradigmaan, päätyi siihen tulokseen, että kaikkien elävien olentojen kehitys on "nesteiden lisääntyvän liikkeen" periaatteen alainen. Luonnontieteessä hallitsi 1800-luvulle asti mekanistinen maailmankuva ja tieto perustui metodologisiin periaatteisiin - mekanismiin ja redukcionismiin. Tieteen ja sen eri alojen (biologia, kemia, geologia, itse fysiikka) kehittyessä kävi kuitenkin selväksi, että mekanistinen maailmankuva ei sovellu monien ilmiöiden selittämiseen. Siten tutkiessaan sähkö- ja magneettikenttiä Faraday ja Maskwell havaitsivat tosiasian, että ainetta voidaan esittää paitsi aineena (sen mekanistisen tulkinnan mukaisesti), myös sähkömagneettisena kenttänä. Sähkömagneettisia prosesseja ei voitu pelkistää mekaanisiksi, ja siksi johtopäätös ehdotti itseään: ei mekaniikan lait, vaan sähködynamiikan lait ovat perustavanlaatuisia universumissa. Lopuksi, energian säilymislain löytö 1800-luvun 40-luvulla (J. Mayer, D. Joule, E. Lenz) osoitti, että sellaiset ilmiöt kuin lämpö, ​​valo, sähkö ja magnetismi eivät myöskään ole eristetty toisistaan (kuten se on kuviteltu aiemmin), mutta ovat vuorovaikutuksessa, siirtyvät tietyissä olosuhteissa toisiinsa ja ovat vain erilaisia ​​liikkeen muotoja luonnossa. Siten mekanistinen maailmankuva heikensi sen yksinkertaistettua ajatusta liikkeestä yksinkertaisena kappaleiden liikkeenä avaruudessa ja ajassa, eristettynä toisistaan, ainoasta mahdollisesta liikemuodosta - mekaanisesta, avaruudesta "astiana". "aineesta ja ajasta muuttumattomana vakiona, joka ei riipu itse kappaleista. 5. XIX loppu - XX vuosisadan alku. jolle on ominaista kokonainen tieteellisten löytöjen sarja, joka viimeisteli Newtonin mekanistisen käsitteen horjumisen. Vain muutamia mainitakseni niistä: tämä on alkuainehiukkasen - elektronin, joka on osa atomin rakennetta (J. Thompson) - löytö, sitten - positiivisesti varautuneen hiukkasen - atomin sisällä olevan ytimen (E. Rutherford, 1914), jonka perusteella atomin planeettamalli ehdotettiin: Elektronit kiertävät positiivisesti varautuneen ytimen ympäri. Rutherford ennusti myös toisen alkuainehiukkasen olemassaolon atomin sisällä - protonin (joka myöhemmin löydettiin). Nämä löydöt kumosivat edelleen olemassa olevat käsitykset atomista universumin alkeis- jakamattomana hiukkasena, sen "tiilinä". Seuraavan konkreettisen iskun klassiseen luonnontieteeseen antoi A. Einsteinin suhteellisuusteoria (1916), joka osoitti, että tila ja aika eivät ole absoluuttisia, vaan ne liittyvät erottamattomasti aineeseen (ne ovat sen attribuutiivisia ominaisuuksia), ja ne liittyvät myös toisiinsa liikettä. Einstein itse kuvasi erittäin selvästi tämän löydön olemuksen teoksessaan "Fysiikka ja todellisuus", jossa hän sanoo, että jos aikaisemmin (tarkoittaen klassisen newtonilaisen mekaniikan valta-aikaa) uskottiin, että kaiken aineen katoamisen tapauksessa Universumista avaruus ja aika säilyisivät, silloin suhteellisuusteoria havaitsi, että sekä tila että aika katoavat aineen mukana. Samalla näiden löytöjen merkitys piilee siinä, että tosiasia on tullut selväksi: objektiivisen maailman kuvan määräävät paitsi tämän maailman ominaisuudet, myös tiedon subjektin ominaisuudet, hänen toimintansa, henkilökohtainen asemansa, kuuluminen tiettyyn kulttuuriin riippuu kognitiivisen subjektin vuorovaikutuksesta instrumenttien kanssa, havainnointimenetelmistä jne. 1800-luvun tieteen valtava saavutus on läpimurto kysymyksiin, kuinka ihmisyhteiskunta toimii riippumatta siitä, noudattaako se tiettyjä objektiivisia lakeja (kuten luonto) tai elementit, subjektivismi, toimivat siinä. Teknologian tuominen tuotantoon, hyödyke-raha-suhteiden vahvistuminen Länsi-Euroopan maissa teki tarpeelliseksi selvittää syyt, kansan vaurauden kertymiseen vaikuttavat tekijät. Näin syntyi klassinen poliittinen taloustiede (XVIII vuosisata, Adam Smith), joka perustuu ajatukseen, että vaurauden lähde on työ ja taloudellisten suhteiden säätelijä on markkinoiden lait. Adam Smith väitti, että työsuhteiden perusta ovat yksilöiden yksityiset, yksilölliset edut. "Jokaisella yksilöllä on mielessä vain oma etu, hän tavoittelee vain omaa etuaan, ja tässä tapauksessa häntä ohjaa näkymätön käsi päämäärään, joka ei kuulunut hänen aikoihinsa. Omia etuja ajaessaan hän palvelee usein yhteiskunnan etuja tehokkaammin kuin silloin, kun hän tietoisesti pyrkii palvelemaan niitä. Myöhemmin, 40-luvulla. 1800-luvulla saksalainen filosofi K. Marx kritisoi klassista poliittista taloustaloutta ja onnistui paljastamaan kapitalistisen riiston mekanismin luoden teorian yliarvosta. Sekä A. Smithin käsitettä että K. Marxin opetuksia voidaan pitää ensimmäisinä tieteellisinä lähestymistavoina sosiaalisen elämän lakien tutkimiseen. Olisi kuitenkin virhe esittää asia siten, etteivät filosofit tai tiedemiehet ajatellut yhteiskuntaa ja ihmistä ennen Smithiä ja Marxia. Riittää, kun muistetaan Platonin oppi ihanteellisesta valtiosta, Thomas Moren ("Utopia"), Tomaso Campanellan ("Auringon kaupunki") hankkeet oikeudenmukaisesta ja vauraasta yhteiskunnasta. Nämä ideat olivat kuitenkin utopistisia, ne olivat vain "unelmia", tieteellisestä lähestymistavasta ei tässä tapauksessa tarvitse puhua. On totta, että englantilaiset utopistiset sosialistit F. Fourier (1772-1837) ja R. Owen (1771-1858) yrittivät 1800-luvulla valaistusajan ranskalaisten materialistien ajatuksista lähteä luoda ”yhteiskuntatieteitä” ( F. Fourier), mutta heidän opetuksensa oikeudenmukaisesta yhteiskunnasta ei ole vapautunut idealismista ja utopismista. On huomattava, että luonnontieteen menestysten vaikutus on ilmennyt myös humanistisilla tieteillä (psykologia, pedagogiikka, historia, retoriikka, oikeustiede): tieteen menetelmien soveltamisen vaatimukset (havainnointi, kuvaus, kokeilu) koskee myös tätä osaamisaluetta. Yhteenvetona: 1800-luvun loppuun mennessä klassisen tieteellisen tiedon muodostumisaika, jonka arsenaalissa oli merkittäviä saavutuksia, oli päättynyt. Fysiikassa tämä on Newtonin klassista mekaniikkaa, myöhemmin termodynamiikkaa, sähkön ja magnetismin teoriaa; kemiassa löydettiin jaksollinen elementtijärjestelmä, luotiin orgaanisen kemian alku; matematiikassa analyyttisen geometrian ja matemaattisen analyysin kehittäminen; biologiassa - evoluutioteoria, organismien solurakenteen teoria, röntgensäteiden löytäminen jne. 1800-luvun lopulla oli tunne, että tiede oli löytänyt vastaukset lähes kaikkiin maailmaa koskeviin kysymyksiin, selvitettävää oli enää vähän. Ja yhtäkkiä - uusi läpimurto - atomin rakenteen löytäminen, joka johti "fysiikan kriisiin", joka myöhemmin levisi muille tiedonhaareille. Nykyään menneiden vuosien kaukaa katsottuna voimme sanoa, että XIX-XX vuosisadan vaihteessa. merkitsi siirtymistä klassisesta tieteestä ei-klassiseen (tai postklassiseen). Niiden erot voidaan esittää seuraavasti:

№	klassinen tiede	postklassista tiedettä
1.	Kohteen poistaminen objektista.	Tiedon ja kognition subjektiivisuuden tunnistaminen.
2.	Asennus rationaalisuuteen.	Ei-rationaalisten tietämistapojen huomioiminen.
3.	Dynaamisten lakien dominanssi.	Todennäköisyysstatististen säännönmukaisuuksien roolin ja merkityksen huomioiminen.
4.	Tutkimuskohde on makrokosmos.	Tutkimuskohteena on mikro-, makro- ja megamaailma.
5.	Johtava kognition menetelmä on kokeilu.	Mallintaminen (mukaan lukien matemaattinen).
6.	Ehdoton näkyvyys.	Ehdollinen näkyvyys.
7.	Selkeä raja luonnontieteiden ja humanististen tieteiden välillä.	Pyyhi tämä reuna.
8.	Vastuullinen kurinalaisuus. Tieteiden erilaistumisen valta-asema.	Differentiointi ja integrointi (systeemiteoria, synergia, rakennemenetelmä).

Paljastamatta yksityiskohtaisesti postklassisen tieteen tunnistettujen erityispiirteiden ydintä (jossain määrin tämä tehtiin tieteen kehitysvaiheiden paljastamisen aikana), toteamme, että siinä tapahtuneilla muutoksilla on ollut valtava vaikutus koko maailmaan ja ihmisen asenteeseen sitä kohtaan. Tämä ilmenee ensinnäkin siinä tosiasiassa, että nykyaikaisella tieteellisellä ja teknologisella aikakaudella ei ole yhtenäisiä kaanoneja, yleisesti hyväksyttyjä standardeja maailman havainnoinnissa, sen selityksessä ja ymmärtämisessä - tämä avoimuus ilmaistaan ​​ideoiden, käsitteiden moniarvoisuudessa, arvot. Toinen (toinen) nykytilanteen piirre on tapahtumien kiihtynyt rytmi, niiden semanttinen tiheys ja konflikti. Kolmanneksi on kehittynyt paradoksaalinen tilanne: toisaalta usko maailmankaikkeuden rationaaliseen rakenteeseen on menetetty, ja toisaalta on olemassa taipumus rationalisoida, teknisoida kaikkia elämän osa-alueita, niin yhteiskuntaa kuin yksilöitäkin. Näiden prosessien tuloksena on radikaali elämäntapamuutos, ensisijainen asenne kaikkeen ohikiitävään, muuttuvaan, toisin kuin vakaa, perinteinen, konservatiivinen. Luento nro 4 Tieteellisen tiedon rakenne

Erilaisia ​​tieteellisiä tietoja. Empiirinen tieto, sen rakenne ja ominaisuudet. Teoreettisen tiedon rakenne ja erityispiirteet. Tieteen perusteet.

1. Jokaisella tieteenalalla - fysiikassa, biologiassa, kemiassa jne. - on olemassa erilaisia ​​tieteellisen tiedon tyyppejä tai muotoja - empiirisiä faktoja, hypoteeseja, malleja, lakeja, teorioita jne. Kaikki ne eroavat toisistaan yleistymisaste, esimerkiksi empiiriset tosiasiat ovat eräänlainen empiirinen todellisuus, jota edustavat erilaiset tiedotusvälineet - tekstit, kaavat, valokuvat, videonauhat ja yksinkertaisesti arkielämässä havaitut ilmiöt, kun taas laki on yleisten lausuntojen muotoilu tutkittavan aihealueen ominaisuudet ja suhteet (tosiasioihin perustuen) . Tarkastellaanpa kutakin niistä lähemmin. Tieteellisen tutkimuksen tärkein tehtävä on löytää, paljastaa tietyn objektiivisen toiminnan lait, ilmaista ne sopivina käsitteinä, teorioina, ideoina, periaatteina. Yleisimmässä muodossaan laki voidaan määritellä ilmiöiden, prosessien väliseksi yhteydeksi, jolle on ominaista objektiivisuus, konkreettisuus, universaalisuus, välttämättömyys, toisto ja vakaus. Lakien pysyvyys, muuttumattomuus korreloi kuitenkin aina tiettyjen olosuhteiden kanssa, mikäli muutos tapahtuu, jossa tämä muuttumattomuus eliminoituu ja syntyy uusi, joka johtaa lain muutokseen, sen syventymiseen, laajentamiseen tai kaventumiseen. soveltamisalasta. Lait löydetään aluksi oletusten, hypoteesien muodossa. Hypoteesi on tiedon muoto, joka sisältää useiden tosiasioiden perusteella muotoillun oletuksen, jonka todellinen merkitys on epävarma ja vaatii todisteita. Nykyaikaisessa tieteen metodologiassa "hypoteesin" käsitettä käytetään kahdessa merkityksessä:

ongelmallisena ja epäluotettavana tiedon muotona; tieteellisen tiedon menetelmänä.

Ensimmäisessä merkityksessään hypoteesin on täytettävä seuraavat vaatimukset:

tieteessä vahvistettujen lakien noudattaminen; johdonmukaisuus todellisen materiaalin kanssa; johdonmukaisuus muodollisen logiikan näkökulmasta (jos puhumme itse objektiivisen todellisuuden ristiriidoista, niin hypoteesin tulee sisältää ristiriitoja); subjektiivisten, mielivaltaisten oletusten puuttuminen (joka ei poista itse subjektin toimintaa); mahdollisuus sen vahvistamiseen tai kumoamiseen joko suoran havainnoinnin aikana tai epäsuorasti - johtamalla seurauksia hypoteesista.

On olemassa erilaisia ​​hypoteeseja: yleisiä, erityisiä ja toimivia. Yleiset hypoteesit ovat perusta tieteellisen tiedon perustan rakentamiselle, ne ehdottavat erilaisten ilmiöiden välisten suhteiden malleja. Tietyt hypoteesit sisältävät myös oletuksia, mutta yksittäisten tosiasioiden, tapahtumien, tiettyjen ilmiöiden ominaisuuksista. Työhypoteesi on eräänlainen lähtökohta - tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa esitetty oletus, joka on eräänlainen suuntaviiva tutkimushakuun. On myös muistettava, että on olemassa ns. adhoc (hypoteesit tietylle tapaukselle) - nämä ovat oletuksia, jotka ovat välttämättömiä useiden ongelmien ratkaisemiseksi, jotka voivat myöhemmin osoittautua virheelliseksi vaihtoehdoksi. Yksi monimutkaisimmista ja kehittyneimmistä tieteellisen tiedon muodoista on teoria, joka edustaa kokonaisvaltaista heijastusta tietyn todellisuusalueen säännöllisistä ja olennaisista yhteyksistä. Tieteessä on tietyt kriteerit, jotka teorian on täytettävä. Mainitsen vain muutaman niistä:

Teoria ei saa olla ristiriidassa tosiasioiden ja kokemuksen kanssa ja olla todennettavissa käytettävissä olevalla koeaineistolla. Sen ei pitäisi olla ristiriidassa muodollisen logiikan periaatteiden kanssa, ja samalla se erottuu loogisesta yksinkertaisuudesta, "luonnollisuudesta". Teoria on "hyvä", jos se kattaa ja yhdistää laajan joukon aiheita yhtenäiseksi abstraktiojärjestelmäksi.

Tiedefilosofi Karl Popper vertasi teoriaa verkostoihin, jotka on suunniteltu vangitsemaan sitä, mitä kutsumme todelliseksi maailmaksi, jotta se voisi ymmärtää, selittää ja hallita sitä. Tämän mukaisesti oikean teorian on vastattava kaikkia (eikä joitain) todellisia tosiasioita ja täytettävä käytännön vaatimukset. Popper kutsui teoriaksi työkalua, jonka testaus suoritetaan sen soveltamisen yhteydessä ja jonka soveltuvuus arvioidaan tällaisten sovellusten tulosten perusteella. Teorialla on monimutkainen rakenne, jossa erotetaan seuraavat komponentit: käsitteet, yhtälöt, aksioomit, lait; idealisoidut esineet - abstraktit mallit; joukko tekniikoita, menetelmiä, sääntöjä, todisteita tiedon selventämiseksi; filosofisia yleistyksiä ja perusteluja. Teorian ydin (jota käsitellään myöhemmin) on abstrakti, idealisoitu objekti, jota ilman on mahdotonta rakentaa teoriaa, koska se sisältää todellisen tutkimusohjelman. Teorioita on monenlaisia: matemaattisia, joille on ominaista korkea deduktioon perustuva abstraktisuus. Matemaattisen teorian hallitseva momentti on aksiomaattisen, hypoteettis-deduktiivisen menetelmän ja formalisointimenetelmän soveltaminen. On olemassa kokeellisten (empiiristen) tieteiden teorioita - fysiikka, kemia, biologia jne. Modernissa tieteessä on myös tapana jakaa teoriat fenomenologisiin ja ei-fenomenologisiin. Fenomenologiset teoriat kuvaavat esineiden prosesseja, ominaisuuksia ja ominaisuuksia syventymättä olemukseen, paljastamatta sisäisiä mekanismeja (esim. psykologiset, sosiologiset, pedagogiset teoriat). Heidän tehtävänsä on organisoida ja tiivistää tosiasiat käyttämällä erityistä terminologiaa. Fenomenologiset teoriat syntyvät pääsääntöisesti minkä tahansa tieteen alkuvaiheessa. Tieteellisen tutkimuksen kehittyessä fenomenologinen teoria korvataan ei-fenomenologisella tai selittävällä teorialla. Selittävät teoriat paljastavat tutkittujen ilmiöiden ja prosessien syvän, sisäisen mekanismin, niiden vuorovaikutuksen, olennaiset vakaat yhteydet ja suhteet, eli lait, lisäksi teoreettiset, eivätkä empiiriset, koska ne muodostuvat idealisoitujen esineiden pohjalta. Tällainen teorioiden luokittelu on mahdollista antaa luotettaviksi ja todennäköisyyksiksi niiden ennustettavuuden mukaan. Luotettaviin kuuluvat klassisen mekaniikan, fysiikan, kemian teoriat; todennäköisyyslaskentaan - yhteiskuntatieteiden ja humanististen tieteiden teoriaan. On myös syytä tuoda esiin niin tärkeä tieteellisen tiedon muoto ongelmana. Ongelmana on todennäköisimmin tieto tietämättömyydestä, siitä, mitä pitäisi ratkaista, mihin monista tietyn ilmiön tutkimisen aikana esiin tulevista kysymyksistä on tärkeää vastata. Kyky tunnistaa ongelma oikein on usein tärkeämpää kuin itse ratkaisu. Mikä yleensä aiheuttaa ongelmia? Ne syntyvät joko kahden eri teorian törmääessä tai erillisen ongelman ristiriidassa tai ne ovat seurausta teorian ja havainnon törmäyksestä. Tieteellisten ongelmien muotoilu ja ratkaiseminen edellyttävät tiettyjen tutkimusmenetelmien valintaa, jotka määräytyvät joko sen tarkoituksen tai ratkaistavien ongelmien luonteen mukaan. Lisäksi käytetään käsitelaitteistoa, jonka avulla voidaan fiksoida tiettyjä ilmiöitä. Tieteellisillä perinteillä on suuri merkitys ongelman muotoilussa ja valinnassa. Tieteellisen tiedon muotojen monimuotoisuus muodostaa sen rakenteen, joka ilmaisee tietyn järjestelmän elementtien välisten pysyvien suhteiden yhtenäisyyttä. Tieteellisen tiedon ja kognition rakenne näkyy eri osioissa ja vastaavasti tiettyjen elementtien joukossa. Tieteellisen tiedon rakenne voi poiketa tieteellisen tiedon kohteen ja subjektin vuorovaikutuksen näkökulmasta sellaisen kriteerin mukaan kuin tiedon subjekti ja menetelmät, mikä mahdollistaa luonnontieteiden (luonnontieteiden) erottamisen. ), yhteiskunta (yhteiskuntatieteet, humanistiset tieteet) ja itse tieto (logiikka, epistemologia). , epistemologia, kognitologia jne.) "tieteen perusteiden" kriteerin mukaisesti, jossa erotetaan kolme elementtiä: a) ihanteet ja normit. ; b) filosofiset perusteet; c) tieteellinen kuva maailmasta. Tieteellisen tiedon rakenne voidaan esittää myös sen kahden päätason - empiirisen ja teoreettisen - yhtenäisyytenä. Luennollamme, kuten suunnitelman esitetyistä kohdista seuraa, aiomme ottaa huomioon lähes kaikki kriteerit, joiden mukaan tieteellinen tieto rakentui. Aloitetaan jälkimmäisestä, eli empiirisen ja teoreettisen tiedon tason suhteesta. 2. Empiirinen (kokeellinen) tieto ja kognitio on toimintaa, joka perustuu elävään, suoraan esineen mietiskelyyn. Sen tunnusomaisia ​​piirteitä ovat tosiasioiden kokoelma, niiden ensisijainen yleistys, havaintojen ja kokeiden kuvaus, niiden systematisointi ja luokittelu. Empiirisen tutkimuksen tärkein elementti on tosiasia (latinan sanasta factum - tehty, tehty). Käsitteellä "fakta" on seuraavat merkitykset: 1) todellisuuden fragmentti, joka liittyy joko objektiiviseen todellisuuteen tai tietoisuuden ja kognition piiriin ("tietoisuuden tosiasiat"); 2) tieto mistä tahansa ilmiöstä, tapahtumasta, jonka luotettavuus on todistettu; 3) empiiristä tietoa (havaintojen ja kokeiden aikana saatua tietoa) kiinnittävä lause. Tieteellisen tiedon faktoilla on kaksinkertainen merkitys: 1) ne muodostavat perustan hypoteesien esittämiselle ja teorioiden rakentamiselle; 2) ovat tärkeitä teorioiden vahvistamisessa. Tapauksissa, joissa tosiasiat ja teoria eroavat toisistaan, teorian tarkistaminen vie aikaa, ja vasta kun niiden välinen ristiriita tulee ratkaisemattomaksi, teoria julistetaan vääräksi. Tosiasioista tulee "itsepäinen asia", "ilma" tai "tieteilijän leipä" vain, jos ne hyväksytään riippumatta siitä, pitävätkö tiedemiehet siitä vai eivät, ja myös jos ne kattavat tutkimuksen kohteen täydellisimmin, kattavimmin (puhumme tutkimatta jättämisestä). joidenkin tosiasioiden "leikkaamisesta, niiden erillisen fragmentin kaappaamisesta sarjasta"). Toisaalta ei pidä jahtaa paljon tosiasioita. Tutkijan päätavoite työskennellessään tosiasioiden parissa on kerätä niitä tietty määrä, antaa niille merkitys, rakentaa käsitteellinen järjestelmä. Faktojen kerääminen suoritetaan käyttämällä sellaista empiirisen tiedon menetelmää kuin havainnointi. Tiedemies ei vain kiinnitä kohtaamiaan tosiasiat, vaan häntä ohjaa tietty tavoite, hypoteesi, ja siksi havainnolla on systemaattinen, säännöllinen ja määrätietoinen luonne. Tiedemies ei vain rekisteröi faktoja, vaan suorittaa niiden valinnan, valinnan jättäen niistä ne, jotka liittyvät hänen asettamaansa tavoitteeseen.

Mekaniikka- Tämä on osa fysiikkaa, joka tutkii mekaanisen liikkeen lakeja ja syitä, jotka aiheuttavat tai muuttavat tätä liikettä.

Mekaniikka puolestaan ​​jakautuu kinematiikkaan, dynamiikkaan ja statiikkaan.

mekaaninen liike- tämä on muutos kehon tai kehon osien suhteellisessa asennossa ajan myötä.

Paino on skalaarinen fysikaalinen suure, joka luonnehtii kvantitatiivisesti aineen inerttejä ja gravitaatioominaisuuksia.

inertia- tämä on kehon halu säilyttää lepotila tai tasainen suoraviivainen liike.

inertiamassa kuvaa kehon kykyä vastustaa tilanmuutosta (lepo tai liike), esimerkiksi Newtonin toisessa laissa

gravitaatiomassa luonnehtii kehon kykyä luoda gravitaatiokenttä, jolle on tunnusomaista vektorisuure, jota kutsutaan jännitykseksi. Pistemassan gravitaatiokentän intensiteetti on yhtä suuri kuin:

Gravitaatiomassa kuvaa kehon kykyä olla vuorovaikutuksessa gravitaatiokentän kanssa:

P vastaavuusperiaate gravitaatio- ja inertiamassat: jokainen massa on sekä inertia että painovoima samanaikaisesti.

Kehon massa riippuu aineen tiheydestä ρ ja kehon koosta (ruumiin tilavuus V):

Massan käsite ei ole identtinen painon ja painovoiman käsitteiden kanssa. Se ei riipu painovoima- ja kiihtyvyyskentistä.

Hitausmomentti on tensorifyysinen suure, joka kvantitatiivisesti karakterisoi kiinteän kappaleen inertiaa, joka ilmenee pyörivänä liikkeenä.

Pyörimisliikettä kuvattaessa ei riitä, että määritellään massa. Kappaleen inertia pyörivässä liikkeessä ei riipu pelkästään massasta, vaan myös sen jakautumisesta pyörimisakseliin nähden.

1. Aineellisen pisteen hitausmomentti

missä m on materiaalipisteen massa; r on etäisyys pisteestä pyörimisakseliin.

2. Materiaalipistejärjestelmän hitausmomentti

3. Täysin jäykän kappaleen hitausmomentti

Pakottaa- Tämä on vektorifysikaalinen suure, joka mittaa muista kappaleista tai kentistä kehoon kohdistuvaa mekaanista vaikutusta, jonka seurauksena keho saa kiihtyvyyden tai muodonmuutoksia (muuttaa muotoaan tai kokoaan).

Mekaniikka käyttää erilaisia ​​malleja kuvaamaan mekaanista liikettä.

Materiaalipiste(m.t.) on kappale, jolla on massa, jonka mitat voidaan jättää tässä tehtävässä huomioimatta.

Ehdottomasti jäykkä runko(a.t.t.) on kappale, joka ei muutu liikkeen aikana, eli minkä tahansa kahden pisteen välinen etäisyys liikeprosessissa pysyy muuttumattomana.
§ 2. Liikelainsäädäntö.

• 
  Ensimmäinen laki n newton : mikä tahansa aineellinen piste (runko) säilyttää lepotilan tai tasaisen suoraviivaisen liikkeen, kunnes muiden kappaleiden isku saa sen muuttamaan tätä tilaa.

Niitä viitekehyksiä, joihin nähden Newtonin ensimmäinen laki toteutuu, kutsutaan inertiaaliseksi viitekehykseksi (ISR). Siksi Newtonin ensimmäinen laki vahvistaa IFR:n olemassaolon.

• 
  Newtonin toinen laki (translaatioliikkeen dynamiikan peruslaki): aineellisen pisteen (kappaleen) liikemäärän muutosnopeus on yhtä suuri kuin siihen vaikuttavien voimien summa

• 
  Newtonin kolmas laki : kaikilla aineellisten pisteiden (kappaleiden) toisiaan koskevilla toimilla on vuorovaikutuksen luonne; voimat, joilla materiaalipisteet vaikuttavat toisiinsa, ovat aina absoluuttisesti yhtä suuret, vastakkaiseen suuntaan ja vaikuttavat näitä pisteitä yhdistävää suoraa pitkin

,

tässä on voima, joka vaikuttaa ensimmäiseen materiaalipisteeseen toisesta; - voima, joka vaikuttaa toiseen materiaalipisteeseen ensimmäisen sivulta. Nämä voimat kohdistuvat eri materiaalipisteisiin (kappaleisiin), ne vaikuttavat aina pareittain ja ovat samanluonteisia voimia.

,

tässä on gravitaatiovakio. .

Klassisen mekaniikan säilymislakit.

Säilöntälait täyttyvät vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden suljetuissa järjestelmissä.

Järjestelmää kutsutaan suljetuksi, jos järjestelmään ei vaikuta ulkoisia voimia.

Pulssi - vektorifyysinen suure, joka kvantitatiivisesti luonnehtii translaatioliikkeen määrää:

Liikemäärän säilymisen laki materiaalipistejärjestelmät(m.t.): suljetuissa järjestelmissä, m.t. kokonaisvauhti säilyy

missä on i:nnen materiaalipisteen nopeus ennen vuorovaikutusta; on sen nopeus vuorovaikutuksen jälkeen.

kulmamomentti on fysikaalinen vektorisuure, joka kvantitatiivisesti luonnehtii pyörivän liikkeen reserviä.

on materiaalipisteen liikemäärä, on materiaalipisteen sädevektori.
Liikemäärän säilymislaki : suljetussa järjestelmässä kokonaiskulmaliikemäärä säilyy:

Fysikaalista määrää, joka kuvaa kehon tai kehojärjestelmän kykyä tehdä työtä, kutsutaan energiaksi.

Energiaa on skalaarinen fysikaalinen suure, joka on järjestelmän tilan yleisin ominaisuus.

Järjestelmän tilan määrää sen liike ja konfiguraatio, eli sen osien keskinäinen järjestely. Järjestelmän liikettä luonnehtii kineettinen energia K ja konfiguraatiota (joka on voimakentässä) potentiaalienergia U.

kokonaisenergiaa määritellään summana:

E = K + U + E int,

jossa E ext on kehon sisäinen energia.

Kineettiset ja potentiaaliset energiat summautuvat yhteen mekaaninen energia .

Einsteinin kaava(energian ja massan suhde):

M.t.-järjestelmän massakeskukseen liittyvässä vertailukehyksessä m \u003d m 0 on lepomassa ja E \u003d E 0 \u003d m 0. c 2 - lepoenergia.

Sisäinen energia määräytyy itse kehoon liittyvässä vertailukehyksessä, eli sisäinen energia on samalla lepoenergiaa.

Kineettinen energia on kappaleen tai kappalejärjestelmän mekaanisen liikkeen energia. Relativistinen kineettinen energia määräytyy kaavan mukaan

Alhaisilla nopeuksilla v
.

Mahdollinen energia on skalaarinen fysikaalinen suure, joka kuvaa kappaleiden vuorovaikutusta muiden kappaleiden tai kenttien kanssa.

Esimerkkejä:

elastisen vuorovaikutuksen potentiaalinen energia

;

• 
  Pistemassojen gravitaatiovuorovaikutuksen potentiaalienergia

;

Energian säilymisen laki : materiaalipisteiden suljetun järjestelmän kokonaisenergia säilyy

Energian hajoamisen (sironta) puuttuessa sekä kokonais- että mekaaninen energia säilyy. Dissipatiivisissa järjestelmissä kokonaisenergia säilyy, kun taas mekaaninen energia ei säily.

§ 2. Klassisen sähködynamiikan peruskäsitteet.

Sähkömagneettisen kentän lähde on sähkövaraus.

Sähkövaraus on joidenkin alkuainehiukkasten ominaisuus päästä sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen.

Sähkövarauksen ominaisuudet :

1. Sähkövaraus voi olla positiivinen ja negatiivinen (on yleisesti hyväksytty, että protoni on positiivisesti varautunut ja elektroni on negatiivisesti varautunut).

2. Sähkövaraus kvantisoidaan. Sähkövarauksen kvantti on sähkövaraus (е = 1,610 –19 C). Vapaassa tilassa kaikki varaukset ovat perussähkövarausten kokonaisluvun kerrannaisia:

3. Varauksen säilymisen laki: suljetun järjestelmän kokonaissähkövaraus säilyy kaikissa prosesseissa, joissa on mukana varautuneita hiukkasia:

q 1 + q 2 +...+ q N = q 1 * + q 2 * +...+ q N*.

4. Relativistinen invarianssi: järjestelmän kokonaisvarauksen arvo ei riipu varauksenkuljettajien liikkeestä (liikkuvien ja lepäävien hiukkasten varaus on sama). Toisin sanoen kaikissa ISO:issa minkä tahansa hiukkasen tai kappaleen varaus on sama.

Sähkömagneettisen kentän kuvaus.

Varaukset ovat vuorovaikutuksessa keskenään (kuva 1). Sen voiman suuruus, jolla samanmerkkiset varaukset hylkivät toisiaan ja vastakkaisten merkkien varaukset vetävät toisiaan puoleensa, määritetään käyttämällä empiirisesti vahvistettua Coulombin lakia:

Tässä on sähkövakio.

Kuva 1

Ja mikä on varautuneiden kappaleiden vuorovaikutuksen mekanismi? Voidaan esittää seuraava hypoteesi: kappaleet, joissa on sähkövaraus, synnyttävät sähkömagneettisen kentän. Sähkömagneettinen kenttä puolestaan ​​vaikuttaa muihin tässä kentässä oleviin varautuneisiin kappaleisiin. Syntyi uusi materiaalinen esine – sähkömagneettinen kenttä.

Kokemus osoittaa, että missä tahansa sähkömagneettikentässä kiinteään varaukseen vaikuttaa voima, jonka suuruus riippuu vain varauksen suuruudesta (voiman suuruus on verrannollinen varauksen suuruuteen) ja sen sijainnista kentässä. Jokaiselle kentän pisteelle voidaan määrittää tietty vektori, joka on kentässä kiinteään varaukseen vaikuttavan voiman ja varauksen suhteellisuuskerroin. Sitten voima, jolla kenttä vaikuttaa kiinteään varaukseen, voidaan määrittää kaavalla:

Sähkömagneettisen kentän sivulta kiinteään varaukseen vaikuttavaa voimaa kutsutaan sähkövoimaksi. Tapahtuman aiheuttavan kentän tilaa kuvaavaa vektoriarvoa kutsutaan sähkömagneettisen kentän sähkövoimakkuudelle.

Lisäkokeet varauksilla osoittavat, että vektori ei täysin karakterisoi sähkömagneettista kenttää. Jos varaus alkaa liikkua, ilmaantuu lisävoimaa, jonka suuruus ja suunta eivät liity mitenkään vektorin suuruuteen ja suuntaan. Lisävoimaa, joka syntyy, kun varaus liikkuu sähkömagneettisessa kentässä, kutsutaan magneettivoimaksi. Kokemus osoittaa, että magneettinen voima riippuu varauksesta ja nopeusvektorin suuruudesta ja suunnasta. Jos liikutamme testivarausta minkä tahansa kentän kiinteän pisteen läpi samalla nopeudella, mutta eri suuntiin, magneettinen voima on joka kerta erilainen. Kuitenkin aina. Kokeellisten tosiseikkojen lisäanalyysi mahdollisti sen, että jokaisella sähkömagneettisen kentän pisteellä on yksi suunta MN (kuva 2), jolla on seuraavat ominaisuudet:

Kuva 2

Jos tietty vektori suunnataan MN-suuntaa pitkin, jolla on magneettivoiman ja tuotteen välisen suhteellisuuskertoimen merkitys, niin asetus , ja luonnehtii yksiselitteisesti kentän tilaa, joka aiheuttaa :n esiintymisen. Vektoria kutsuttiin sähkömagneettisen induktion vektoriksi. Siitä lähtien ja sitten

Sähkömagneettisessa kentässä sähkömagneettinen Lorentz-voima vaikuttaa nopeudella q liikkuvaan varaukseen (kuva 3):

.
Vektorit ja eli kuusi numeroa ovat saman sähkömagneettisen kentän komponentteja (sähkömagneettisen kentän tensorin komponentteja). Tietyssä tapauksessa voi käydä ilmi, että kaikki tai kaikki ; silloin sähkömagneettinen kenttä pelkistyy joko sähkö- tai magneettikentiksi.

Koe vahvisti rakennetun sähkömagneettisen kentän kaksivektorimallin oikeellisuuden. Tässä mallissa jokaiselle sähkömagneettisen kentän pisteelle on annettu pari vektoreita ja . Rakentamamme malli on jatkuvan kentän malli, koska funktiot ja kenttää kuvaavat funktiot ovat koordinaattien jatkuvia funktioita.

Jatkuvan kentän mallia käyttävää sähkömagneettisten ilmiöiden teoriaa kutsutaan klassiseksi.

Todellisuudessa kenttä, kuten aine, on diskreetti. Mutta tämä alkaa vaikuttaa vain etäisyyksillä, jotka ovat verrattavissa alkuainehiukkasten kokoon. Sähkömagneettisen kentän diskreetti huomioidaan kvanttiteoriassa.

Superposition periaate.

Kentät on yleensä kuvattu voimalinjoilla.

voimalinja on viiva, jonka tangentti kussakin pisteessä osuu yhteen kentänvoimakkuusvektorin kanssa.

D
Piste-liikkumattomille varauksille sähköstaattisen kentän voimalinjojen kuvio on esitetty kuvassa. 6.

Pistevarauksen synnyttämän sähköstaattisen kentän intensiteettivektori määritetään kaavalla (kuvat 7 a ja b) magneettikenttäviiva on rakennettu siten, että jokaisessa voimalinjan pisteessä vektori on suunnattu tangentiaalisesti tälle viivalle. Magneettikentän voimalinjat ovat suljettuja (kuva 8). Tämä viittaa siihen, että magneettikenttä on pyörrekenttä.

Riisi. kahdeksan

Ja jos kenttä ei luo yhtä, vaan useita pistevarauksia? Vaikuttavatko varaukset toisiinsa vai osallistuvatko järjestelmän kukin varaukset tuloksena olevaan kenttään muista riippumatta? Onko i:nnen varauksen luoma sähkömagneettinen kenttä muiden varausten puuttuessa sama kuin i:nnen varauksen luoma kenttä muiden varausten läsnä ollessa?

Superpositioperiaate : mielivaltaisen varausjärjestelmän sähkömagneettinen kenttä on seurausta kenttien lisäyksestä, jotka tämän järjestelmän kukin alkuainevaraus synnyttäisi ilman muita:

ja .
Sähkömagneettisen kentän lait

Sähkömagneettisen kentän lait on muotoiltu Maxwellin yhtälöjärjestelmäksi.

Ensimmäinen

Maxwellin ensimmäisestä yhtälöstä seuraa, että sähköstaattinen kenttä - potentiaali (konvergoiva tai hajoava) ja sen lähde ovat liikkumattomia sähkövarauksia.

Toinen Maxwellin yhtälö magnetostaattiselle kentällä:

Maxwellin toisesta yhtälöstä seuraa, että magnetostaattinen kenttä on pyörrepotentiaaliton eikä sillä ole pistelähteitä.

Kolmanneksi Maxwellin yhtälö sähköstaattiselle kentälle:

Maxwellin kolmannesta yhtälöstä seuraa, että sähköstaattinen kenttä ei ole pyörre.

Sähködynamiikassa (muuttuva sähkömagneettinen kenttä) Maxwellin kolmas yhtälö on:

eli sähkökenttä ei ole potentiaalinen (ei Coulomb), vaan pyörre ja se syntyy magneettikentän induktiovektorin muuttuvasta vuosta.

Neljäs Maxwellin yhtälö magnetostaattiselle kentälle

Magnetostatiikan neljännestä Maxwell-yhtälöstä seuraa, että magneettikenttä on pyörteinen ja syntyy suorista sähkövirroista tai liikkuvista varauksista. Magneettikenttälinjojen kiertymissuunta määräytyy oikeanpuoleisella ruuvisäännöllä (kuva 9).

R
Kuva 9

Elektrodynamiikassa Maxwellin neljäs yhtälö on:

Ensimmäinen termi tässä yhtälössä on johtavuusvirta I, joka liittyy varausten liikkeeseen ja magneettikentän luomiseen.

Toinen termi tässä yhtälössä on "siirtymävirta tyhjiössä", eli sähkökentän voimakkuusvektorin muuttuva vuo.

Maxwellin teorian pääsäännöt ja päätelmät ovat seuraavat.

Sähkökentän ajan muutos johtaa magneettikentän ilmestymiseen ja päinvastoin. Siksi on olemassa sähkömagneettisia aaltoja.

Sähkömagneettisen energian siirto tapahtuu rajallisella nopeudella . Sähkömagneettisten aaltojen siirtonopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus. Tästä seurasi sähkömagneettisten ja optisten ilmiöiden perusidentiteetti.

I. Newtonin tieteellisen työn huippu on hänen kuolematon teoksensa "The Mathematical Principles of Natural Philosophy", joka julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 1687. Siinä hän tiivisti edeltäjiensä ja oman tutkimuksensa tulokset ja loi ensimmäistä kertaa yhden harmonisen maan- ja taivaanmekaniikan järjestelmän, joka muodosti kaiken klassisen fysiikan perustan.

Tässä Newton antoi määritelmät alkuperäisille käsitteille - aineen määrä, massa, tiheys; liikemäärä, joka vastaa liikemäärää, ja erityyppiset voimat. Muotoillessaan aineen määrän käsitettä hän lähti ajatuksesta, että atomit koostuvat jostakin yksittäisestä primääriaineesta; Tiheydellä ymmärrettiin astetta, jossa kappaleen tilavuusyksikkö on täytetty primääriaineella.

Tämä työ hahmottelee Newtonin universaalin gravitaatioteorian, jonka pohjalta hän kehitti teorian aurinkokunnan muodostavien planeettojen, satelliittien ja komeettojen liikkeistä. Tämän lain perusteella hän selitti vuorovesiilmiön ja Jupiterin puristumisen. Newtonin konsepti oli perusta monille tekniselle kehitykselle pitkän ajan kuluessa. Sen perustalle muodostui monia tieteellisen tutkimuksen menetelmiä luonnontieteiden eri aloilla.

Klassisen mekaniikan kehityksen tulos oli yhtenäisen mekaanisen maailmankuvan luominen, jossa koko maailman laadullinen monimuotoisuus selittyy kappaleiden liikkumisen eroilla Newtonin mekaniikan lakien alaisuudessa.

Newtonin mekaniikka, toisin kuin aikaisemmat mekaaniset käsitteet, mahdollisti minkä tahansa liikkeen vaiheen, sekä edeltävän että seuraavan, ja missä tahansa avaruuden pisteen ongelman ratkaisemisen tunnetuilla tosiseikoilla, jotka määräävät tämän liikkeen, sekä käänteisen määrittelyongelman. näiden tekijöiden suuruus ja suunta missä tahansa pisteessä, jossa liikkeen peruselementit tunnetaan. Tästä johtuen newtonilaista mekaniikkaa voitaisiin käyttää mekaanisen liikkeen kvantitatiivisen analyysin menetelmänä.

Universaalin gravitaatiolaki.

Universaalin painovoiman lain löysi I. Newton vuonna 1682. Hänen hypoteesinsa mukaan vetovoimat vaikuttavat kaikkien universumin kappaleiden välillä, jotka on suunnattu massakeskuksia yhdistävää linjaa pitkin. Homogeenisen pallon muodossa olevan kappaleen massakeskipiste osuu yhteen pallon keskustan kanssa.

Seuraavina vuosina Newton yritti löytää fyysisen selityksen I. Keplerin 1600-luvun alussa löytämille planeettojen liikkeen laeille ja antaa kvantitatiivisen ilmaisun gravitaatiovoimille. Joten tietäessään kuinka planeetat liikkuvat, Newton halusi määrittää, mitkä voimat vaikuttavat niihin. Tätä polkua kutsutaan mekaniikan käänteisongelmaksi.

Jos mekaniikan päätehtävänä on määrittää tunnetun massan kappaleen koordinaatit ja sen nopeus millä tahansa ajanhetkellä kehoon vaikuttavista tunnetuista voimista, niin käänteisongelmaa ratkaistaessa on tarpeen määrittää siihen vaikuttavat voimat. kehosta, jos tiedetään kuinka se liikkuu.

Tämän ongelman ratkaisu johti Newtonin yleisen painovoiman lain löytämiseen: "Kaikki kappaleet vetäytyvät toisiinsa voimalla, joka on suoraan verrannollinen niiden massoihin ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön."

Tästä laista on tehtävä useita tärkeitä huomautuksia.

1, sen toiminta ulottuu eksplisiittisesti kaikkiin universumin fyysisiin aineisiin poikkeuksetta.

2 Maan painovoima sen pinnalla vaikuttaa yhtäläisesti kaikkiin aineellisiin kappaleisiin, jotka sijaitsevat missä tahansa maapallolla. Tällä hetkellä painovoima vaikuttaa meihin, ja me todella tunnemme sen omana painonamme. Jos pudotamme jotain, se syöksyy saman voiman vaikutuksesta maahan tasaisella kiihtyvyydellä.

Monet ilmiöt selittyvät yleismaailmallisten gravitaatiovoimien vaikutuksella luonnossa: planeettojen liikkeet aurinkokunnassa, maan keinotekoiset satelliitit - ne kaikki selitetään universaalin gravitaatiolain ja dynamiikan lakien perusteella. .

Newton ehdotti ensimmäisenä, että gravitaatiovoimat eivät määrää vain aurinkokunnan planeettojen liikettä; ne toimivat minkä tahansa maailmankaikkeuden kappaleiden välillä. Yksi universaalin gravitaatiovoiman ilmenemismuodoista on painovoima - näin on tapana kutsua kappaleiden vetovoimaa Maahan lähellä sen pintaa.

Painovoima on suunnattu kohti maan keskustaa. Muiden voimien puuttuessa keho putoaa vapaasti maahan vapaan pudotuksen kiihtyvyydellä.

Kolme mekaniikan periaatetta.

Newtonin lait mekaniikka, kolme lakia taustalla ns. klassinen mekaniikka. Laadi I. Newton (1687).

Ensimmäinen laki: "Jokainen ruumis pysyy levossa tai tasaisessa ja suoraviivaisessa liikkeessä, kunnes ja sikäli kuin se pakotetaan kohdistettujen voimien muuttamaan tätä tilaa."

Toinen laki: "Vauhdin muutos on verrannollinen käytettyyn käyttövoimaan ja tapahtuu sen suoran suunnassa, jota pitkin tämä voima vaikuttaa."

Kolmas laki: "Toimiin on aina yhtäläinen ja päinvastainen reaktio, muuten kahden kappaleen vuorovaikutus toisiaan vastaan ​​on yhtäläinen ja suunnattu vastakkaisiin suuntiin." N. h. m. ilmestyi G. Galileon, H. Huygensin, itse Newtonin ja muiden lukuisten havaintojen, kokeiden ja teoreettisten tutkimusten yleistyksen seurauksena.

Nykyaikaisten ideoiden ja terminologian mukaan ensimmäisessä ja toisessa laissa keho tulee ymmärtää aineelliseksi pisteeksi ja liikkeen alla - liike suhteessa inertiaaliseen viitekehykseen. Toisen lain matemaattinen lauseke klassisessa mekaniikassa on muotoa mw = F, missä m on pisteen massa, u on sen nopeus, a w on kiihtyvyys, F on vaikuttava voima.

N. h. m lakkaa olemasta voimassa hyvin pienikokoisten esineiden (alkuainehiukkasten) liikkeelle ja liikkeille, joiden nopeus on lähellä valonnopeutta

©2015-2019 sivusto
Kaikki oikeudet kuuluvat niiden tekijöille. Tämä sivusto ei vaadi tekijää, mutta tarjoaa ilmaisen käytön.
Sivun luomispäivämäärä: 2017-04-04

KLASSINEN MEKANIIKKA

LUENTO 1

JOHDANTO KLASSISEEN MEKANIIKKAAN

klassinen mekaniikka tutkii makroskooppisten esineiden mekaanista liikettä, joka liikkuu valon nopeutta huomattavasti pienemmällä nopeudella (=3 10 8 m/s). Makroskooppisilla esineillä tarkoitetaan kohteita, joiden mitat ovat m (oikealla on tyypillisen molekyylin koko).

Fysikaaliset teoriat, jotka tutkivat kappaleita, joiden liike tapahtuu valon nopeutta paljon pienemmillä nopeuksilla, kuuluvat ei-relativistisiin teorioihin. Jos järjestelmän hiukkasten nopeudet ovat verrattavissa valonnopeuteen, niin tällaiset järjestelmät liittyvät relativistisiin järjestelmiin, ja ne on kuvattava relativististen teorioiden perusteella. Kaikkien relativististen teorioiden perusta on erityinen suhteellisuusteoria (SRT). Jos tutkittavien fyysisten objektien mitat ovat pieniä, niin tällaiset järjestelmät ovat kvanttijärjestelmiä ja niiden teoriat ovat kvanttiteorioita.

Siten klassista mekaniikkaa tulisi pitää ei-relativistisena ei-kvanttiteoriana hiukkasten liikkeestä.

1.1 Viitekehykset ja muuttumattomuuden periaatteet

mekaaninen liike- tämä on kehon sijainnin muutos suhteessa muihin kappaleisiin ajan kuluessa avaruudessa.

Klassisessa mekaniikassa avaruutta pidetään kolmiulotteisena (hiukkasen paikan määrittämiseksi avaruudessa sinun on määritettävä kolme koordinaattia), joka noudattaa Euklidesin geometriaa (Pythagoraan lause pätee avaruudessa) ja absoluuttisena. Aika on yksiulotteinen, yksisuuntainen (muuttuu menneestä tulevaisuuteen) ja absoluuttinen. Avaruuden ja ajan absoluuttisuus tarkoittaa, että niiden ominaisuudet eivät riipu aineen jakautumisesta ja liikkeestä. Klassisessa mekaniikassa seuraava väite hyväksytään todeksi: tila ja aika eivät liity toisiinsa ja niitä voidaan tarkastella toisistaan ​​riippumatta.

Liike on suhteellista, ja siksi sinun on valittava sen kuvaamiseksi viitekappale, eli keho, johon liikettä tarkastellaan. Koska liike tapahtuu avaruudessa ja ajassa, sitä kuvaamaan (tilan ja ajan aritmetisoimiseksi) tulee valita yksi tai toinen koordinaattijärjestelmä ja kello. Avaruuden kolmiulotteisuuden vuoksi jokainen sen piste liittyy kolmeen numeroon (koordinaattiin). Yhden tai toisen koordinaattijärjestelmän valinnan määrää yleensä tehtävän kunto ja symmetria. Teoreettisessa päättelyssä käytämme yleensä suorakulmaista suorakulmaista koordinaattijärjestelmää (kuva 1.1).

Klassisessa mekaniikassa aikavälien mittaamiseksi ajan absoluuttisuudesta johtuen riittää, että yksi kello on sijoitettu koordinaattijärjestelmän alkupisteeseen (tätä asiaa tarkastellaan yksityiskohtaisesti suhteellisuusteoriassa). Viitekappale ja tähän runkoon liittyvät tunnit ja asteikot (koordinaattijärjestelmä) muodostavat viitejärjestelmä.

Otetaan käyttöön suljetun fyysisen järjestelmän käsite. suljettu fyysinen järjestelmä kutsutaan sellaista materiaalisten objektien järjestelmää, jossa kaikki järjestelmän objektit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, mutta eivät ole vuorovaikutuksessa objektien kanssa, jotka eivät sisälly järjestelmään.

Kuten kokeet osoittavat, seuraavat invarianssin periaatteet osoittautuvat päteviksi useiden vertailujärjestelmien suhteen.

Invarianssin periaate tilasiirtymien alla(avaruus on homogeeninen): prosessien kulkuun suljetun fyysisen järjestelmän sisällä ei vaikuta sen sijainti suhteessa vertailukappaleeseen.

Invarianssin periaate spatiaalisten rotaatioiden aikana(avaruus on isotrooppinen): prosessien kulkuun suljetun fyysisen järjestelmän sisällä ei vaikuta sen orientaatio suhteessa vertailukappaleeseen.

Invarianssin periaate suhteessa aikasiirtymiin(aika on homogeeninen): prosessien alkamisaika ei vaikuta prosessien kulkuun suljetun fyysisen järjestelmän sisällä.

Invarianssin periaate peiliheijastusten alla(avaruus on peilisymmetrinen): suljetuissa peilisymmetrisissä fysikaalisissa järjestelmissä tapahtuvat prosessit ovat itse peilisymmetrisiä.

Ne viitekehykset, joiden suhteen avaruus on homogeeninen, isotrooppinen ja peilisymmetrinen ja aika on yhtenäisesti ns. inertiavertailujärjestelmät(ISO).

Newtonin ensimmäinen laki väittää, että ISO:t ovat olemassa.

ISO:ita ei ole yksi, vaan ääretön määrä. Se viitekehys, joka liikkuu suhteessa ISO-arvoon suoraviivaisesti ja tasaisesti, on itse ISO.

Suhteellisuusperiaate väittää, että prosessien virtaukseen suljetussa fyysisessä järjestelmässä ei vaikuta sen suoraviivainen tasainen liike suhteessa vertailukehykseen; prosesseja kuvaavat lait ovat samat eri ISO:issa; itse prosessit ovat samat, jos alkuehdot ovat samat.

1.2 Klassisen mekaniikan perusmallit ja osat

Klassisessa mekaniikassa todellisia fyysisiä järjestelmiä kuvattaessa otetaan käyttöön useita abstrakteja käsitteitä, jotka vastaavat todellisia fyysisiä objekteja. Tällaisia ​​peruskäsitteitä ovat: suljettu fyysinen järjestelmä, aineellinen piste (hiukkanen), ehdottoman jäykkä kappale, jatkuva väliaine ja joukko muita.

Materiaalipiste (hiukkanen)- kappale, jonka mitat ja sisäinen rakenne voidaan jättää huomioimatta sen liikettä kuvattaessa. Lisäksi jokaiselle hiukkaselle on ominaista sen erityinen parametrijoukko - massa, sähkövaraus. Aineellisen pisteen malli ei ota huomioon hiukkasten rakenteellisia sisäisiä ominaisuuksia: hitausmomenttia, dipolimomenttia, rajamomenttia (spin) jne. Hiukkasen sijaintia avaruudessa kuvaa kolme numeroa (koordinaatit) tai sädevektori (Kuva 1.1).

Ehdottomasti jäykkä runko

Aineellisten pisteiden järjestelmä, joiden väliset etäisyydet eivät muutu niiden liikkuessa;

Runko, jonka muodonmuutokset voidaan jättää huomiotta.

Todellista fyysistä prosessia pidetään jatkuvana elementaaristen tapahtumien sarjana.

alkeistapahtuma on ilmiö, jonka avaruudellinen laajuus ja kesto on nolla (esimerkiksi luoti osuu kohteeseen). Tapahtumaa luonnehtii neljä numeroa - koordinaatit; kolme tilakoordinaattia (tai säde - vektori) ja yksi aikakoordinaatti: . Tässä tapauksessa hiukkasen liike esitetään seuraavien elementaaristen tapahtumien jatkuvana sarjana: hiukkasen kulkeminen tietyn avaruuden pisteen läpi tiettynä aikana.

Hiukkasen liikelakia pidetään annettuna, jos hiukkasen sädevektorin (tai sen kolmen koordinaatin) riippuvuus ajasta tunnetaan:

Tutkittavien esineiden tyypistä riippuen klassinen mekaniikka jaetaan hiukkasten ja hiukkasjärjestelmien mekaniikkaan, ehdottoman jäykän kappaleen mekaniikkaan ja jatkuvien väliaineiden mekaniikkaan (kimmoisten kappaleiden mekaniikka, hydromekaniikka, aeromekaniikka).

Ratkaistavien tehtävien luonteen mukaan klassinen mekaniikka jaetaan kinematiikkaan, dynamiikkaan ja statiikkaan. Kinematiikka tutkii hiukkasten mekaanista liikettä ottamatta huomioon syitä, jotka aiheuttavat muutoksen hiukkasten liikkeen (voimien) luonteessa. Järjestelmän hiukkasten liikelakia pidetään annettuna. Tämän lain mukaan systeemin hiukkasten nopeudet, kiihtyvyydet ja liikeradat määräytyvät kinematiikassa. Dynamiikka ottaa huomioon hiukkasten mekaanisen liikkeen ottaen huomioon syyt, jotka aiheuttavat muutoksen hiukkasten liikkeen luonteessa. Järjestelmän hiukkasten välillä ja järjestelmän hiukkasiin vaikuttavien voimien katsotaan tunnetuiksi kappaleista, jotka eivät sisälly järjestelmään. Klassisen mekaniikan voimien luonnetta ei käsitellä. Statiikka voidaan pitää dynamiikan erikoistapauksena, jossa tutkitaan systeemin hiukkasten mekaanisen tasapainon olosuhteita.

Järjestelmänkuvausmenetelmän mukaan mekaniikka jaetaan newtonilaiseen ja analyyttiseen mekaniikkaan.

1.3 Tapahtumakoordinaattimuunnokset

Tarkastellaanpa, kuinka tapahtumien koordinaatit muuttuvat siirtyessä yhdestä IFR:stä toiseen.

1. Tilamuutos. Tässä tapauksessa muunnokset näyttävät tältä:

Missä on tilasiirtymävektori, joka ei riipu tapahtumanumerosta (indeksi a).

2. Aikasiirto:

Missä on aikamuutos.

3. Spatiaalinen kierto:

Missä on äärettömän pieni rotaatiovektori (kuva 1.2).

4. Ajan inversio (ajan käännös):

5. Spatiaalinen inversio (heijastus pisteessä):

6. Galilealaiset muunnokset. Tarkastellaan tapahtumien koordinaattien muutosta siirtyessä yhdestä IFR:stä toiseen, joka liikkuu suhteessa ensimmäiseen suoraviivaisesti ja tasaisesti nopeudella (kuva 1.3):

Missä on toinen suhde oletettu(!) ja ilmaisee ajan absoluuttisuutta.

Tilakoordinaattien muunnoksen oikean ja vasemman osan erottaminen ajan suhteen ottaen huomioon ajan absoluuttinen luonne määritelmän avulla nopeus, sädevektorin derivaatana ajan suhteen, ehto, että =const, saadaan klassinen nopeuksien yhteenlaskulaki

Tässä meidän tulee kiinnittää erityistä huomiota siihen, että viimeistä relaatiota johdettaessa tarpeellista ottaa huomioon postulaatti ajan absoluuttisesta luonteesta.

Riisi. 1.2 Kuva. 1.3

Erottaminen ajan suhteen uudelleen määritelmän avulla kiihtyvyys, nopeuden johdannaisena ajan suhteen saadaan, että kiihtyvyys on sama eri ISO:iden suhteen (invariantti Galilean muunnosten suhteen). Tämä väite ilmaisee matemaattisesti klassisen mekaniikan suhteellisuusperiaatetta.

Matemaattisesti muunnokset 1-6 muodostavat ryhmän. Itse asiassa tämä ryhmä sisältää yhden muunnoksen - identtisen muunnoksen, joka vastaa siirtymän puuttumista järjestelmästä toiseen; jokaiselle muunnokselle 1-6 on käänteinen muunnos, joka vie järjestelmän alkuperäiseen tilaan. Kertolaskutoiminto (koostumus) esitellään vastaavien muunnosten peräkkäisenä sovelluksena. Erityisesti tulee huomioida, että rotaatiomuunnosryhmä ei noudata kommutatiivista (permutaatio)lakia, ts. on ei-abelilainen. Täydellistä muunnosryhmää 1-6 kutsutaan Galilean muunnosryhmäksi.

1.4 Vektorit ja skalaarit

Vektori kutsutaan fysikaaliseksi suureksi, joka muunnetaan hiukkasen sädevektoriksi ja jolle on tunnusomaista sen numeerinen arvo ja suunta avaruudessa. Mitä tulee spatiaaliseen inversiooperaatioon, vektorit on jaettu totta(napainen) ja pseudovektorit(aksiaalinen). Spatiaalisella inversiolla todellinen vektori muuttaa etumerkkiään, pseudovektori ei muutu.

skalaarit vain niiden numeerinen arvo. Mitä tulee spatiaaliseen inversiooperaatioon, skalaarit jaetaan totta ja pseudoskalaarit. Spatiaalisella inversiolla todellinen skalaari ei muutu, pseudoskalaari muuttaa etumerkkiään.

Esimerkkejä. Sädevektori, nopeus, hiukkaskiihtyvyys ovat todellisia vektoreita. Pyörimiskulman, kulmanopeuden ja kulmakiihtyvyyden vektorit ovat pseudovektoreita. Kahden tosivektorin vektoritulo on pseudovektori, tosivektorin ja pseudovektorin vektoritulo on todellinen vektori. Kahden tosivektorin skalaaritulo on todellinen skalaari, todellinen vektori kertaa pseudovektori on pseudoskalaari.

On huomattava, että vektorissa tai skalaariyhtälössä oikealla ja vasemmalla tulee olla saman luonteisia termejä spatiaalisen inversiooperaation suhteen: todelliset skalaarit tai pseudoskalaarit, tosivektorit tai pseudovektorit.

Mekaniikka on fysiikan haara, joka tutkii yhtä luonnon yksinkertaisimmista ja yleisimmistä liikemuodoista, jota kutsutaan mekaaniseksi liikkeeksi.

mekaaninen liike Se koostuu kehon tai niiden osien sijainnin muuttamisesta suhteessa toisiinsa ajan myötä. Joten mekaanisen liikkeen tekevät planeetat, jotka kiertävät suljetuilla kiertoradoilla Auringon ympäri; erilaiset kappaleet liikkuvat maan pinnalla; elektronit liikkuvat sähkömagneettisen kentän vaikutuksen alaisena jne. Mekaaninen liike on läsnä muissa monimutkaisemmissa aineen muodoissa kiinteänä, mutta ei tyhjentävänä osana.

Tutkittavien esineiden luonteesta riippuen mekaniikka jaetaan materiaalipisteen mekaniikkaan, kiinteän kappaleen mekaniikkaan ja jatkumon mekaniikkaan.

Mekaniikan periaatteet muotoili ensimmäisenä I. Newton (1687) kokeellisen tutkimuksen pohjalta makroelimien liikkeestä pienillä nopeuksilla verrattuna valon nopeuteen tyhjiössä (3·10 8 m/s).

makroelimiä kutsutaan tavallisiksi kappaleiksi, jotka ympäröivät meitä, eli kappaleita, jotka koostuvat valtavasta määrästä molekyylejä ja atomeja.

Mekaniikkaa, joka tutkii makrokappaleiden liikettä, joiden nopeus on paljon pienempi kuin valon nopeus tyhjiössä, kutsutaan klassiseksi.

Klassinen mekaniikka perustuu seuraaviin Newtonin käsityksiin tilan ja ajan ominaisuuksista.

Mikä tahansa fyysinen prosessi tapahtuu tilassa ja ajassa. Tämä näkyy ainakin siitä tosiasiasta, että kaikilla fysikaalisten ilmiöiden alueilla jokainen laki sisältää eksplisiittisesti tai implisiittisesti aika-avaruussuureita - etäisyyksiä ja aikavälejä.

Avaruus, jossa on kolme ulottuvuutta, noudattaa euklidista geometriaa, eli se on litteä.

Etäisyydet mitataan asteikoilla, joiden pääominaisuus on, että kaksi kerran osunutta pituudeltaan asteikkoa pysyvät aina samansuuruisina toistensa kanssa, eli ne osuvat yhteen jokaisen seuraavan päällekkäisyyden kanssa.

Aikavälit mitataan tunneilla, ja jälkimmäisen roolin voi esittää mikä tahansa järjestelmä, joka suorittaa toistuvan prosessin.

Klassisen mekaniikan ajatusten pääpiirre kappaleiden koosta ja aikaväleistä on niiden ehdottomuus: asteikko on aina samanpituinen riippumatta siitä, kuinka se liikkuu suhteessa havaintoon; kaksi kelloa, joilla on sama nopeus ja kun ne on saatettu linjaan toistensa kanssa, näyttävät samaa aikaa riippumatta siitä, kuinka ne liikkuvat.

Avaruudella ja ajalla on merkittäviä ominaisuuksia symmetria jotka rajoittavat tiettyjen prosessien virtausta niissä. Nämä ominaisuudet ovat kokemuksen perusteella vahvistettuja, ja ne näyttävät ensi silmäyksellä niin ilmeisiltä, ​​että ei näytä olevan tarvetta ottaa niitä esiin ja käsitellä niitä. Sillä välin, jos ei olisi spatiaalista ja ajallista symmetriaa, fysiikan tiedettä ei voisi syntyä tai kehittyä.

Osoittautuu, että tilaa tasaisesti ja isotrooppisesti, ja aika on tasaisesti.

Avaruuden homogeenisuus piilee siinä, että samat fyysiset ilmiöt samoissa olosuhteissa tapahtuvat samalla tavalla avaruuden eri osissa. Kaikki avaruuden pisteet ovat siis täysin erottamattomia, yhtäläisiä oikeuksiltaan, ja mitä tahansa niistä voidaan pitää koordinaattijärjestelmän origoina. Avaruuden homogeenisuus ilmenee liikemäärän säilymisen laissa.

Avaruudessa on myös isotropiaa: samat ominaisuudet kaikkiin suuntiin. Avaruuden isotropia ilmenee liikemäärän säilymislaissa.

Ajan homogeenisuus piilee siinä, että kaikki ajan hetket ovat myös yhtäläisiä, ekvivalentteja, eli identtisten ilmiöiden kulku samoissa olosuhteissa on sama riippumatta niiden toteutumis- ja havainnointiajasta.

Ajan homogeenisuus ilmenee energian säilymisen laissa.

Ilman näitä homogeenisuusominaisuuksia Minskissä vahvistettu fysikaalinen laki olisi epäreilu Moskovassa, ja samasta paikasta tänään löydetty laki voisi olla epäreilu huomenna.

Klassisessa mekaniikassa tunnustetaan Galileo-Newtonin hitauslain pätevyys, jonka mukaan kappale, joka ei ole muiden kappaleiden vaikutuksen alainen, liikkuu suoraviivaisesti ja tasaisesti. Tämä laki väittää, että on olemassa inertiaaliset viitekehykset, joissa Newtonin lait (samoin kuin Galileon suhteellisuusperiaate) pätevät. Galileon suhteellisuusperiaate sanoo, että kaikki inertiavertailukehykset ovat mekaanisesti vastaavia toistensa kanssa, kaikki mekaniikan lait ovat näissä viitekehyksessä samat, tai toisin sanoen ne ovat invariantteja minkä tahansa tapahtuman aika-avaruus-yhteyttä ilmaisevien Galilean muunnosten suhteen eri inertiaalisissa viitekehyksessä. Galilean muunnokset osoittavat, että minkä tahansa tapahtuman koordinaatit ovat suhteellisia, eli niillä on erilaiset arvot eri viitejärjestelmissä; ajanhetket, jolloin tapahtuma tapahtui, ovat samat eri järjestelmissä. Jälkimmäinen tarkoittaa, että aika virtaa samalla tavalla eri viitekehyksessä. Tämä seikka vaikutti niin ilmeiseltä, ettei sitä edes mainittu erityisenä postulaattina.

Klassisessa mekaniikassa noudatetaan pitkän kantaman toiminnan periaatetta: kappaleiden vuorovaikutukset etenevät välittömästi, toisin sanoen äärettömän suurella nopeudella.

Sen mukaan, kuinka nopeasti kappaleet liikkuvat ja mitkä ovat itse kappaleiden mitat, mekaniikka jaetaan klassiseen, relativistiseen ja kvanttilliseen.

Kuten jo mainittiin, lait klassinen mekaniikka soveltuvat vain makrokappaleiden, joiden massa on paljon suurempi kuin atomin massa, liikkeeseen alhaisilla nopeuksilla verrattuna valonnopeuteen tyhjiössä.

Relativistinen mekaniikka tarkastelee makroelimien liikettä nopeuksilla, jotka ovat lähellä valonnopeutta tyhjiössä.

Kvanttimekaniikka- mikrohiukkasten mekaniikka, jotka liikkuvat valon nopeutta paljon pienemmillä nopeuksilla tyhjiössä.

Relativistinen kvantti mekaniikka - mikrohiukkasten mekaniikka, jotka liikkuvat tyhjiössä valonnopeutta lähestyvillä nopeuksilla.

Sen määrittämiseksi, kuuluuko hiukkanen makroskooppisiin hiukkasiin, soveltuvatko siihen klassiset kaavat, on käytettävä Heisenbergin epävarmuusperiaate. Kvanttimekaniikan mukaan todellisia hiukkasia voidaan luonnehtia vain sijainnin ja liikemäärän suhteen jollain tarkkuudella. Tämän tarkkuuden raja määritellään seuraavasti

missä
ΔX - koordinaatin epävarmuus;
ΔP x - liikemäärän akselin projektion epävarmuus;
h - Planckin vakio, yhtä suuri kuin 1,05·10 -34 J·s;
"≥" - enemmän kuin arvo, suuruusluokkaa...

Kun liikemäärä korvataan massan nopeuden tulolla, voimme kirjoittaa

Kaavasta voidaan nähdä, että mitä pienempi hiukkasen massa on, sitä epävarmemmaksi sen koordinaatit ja nopeus tulevat. Makroskooppisille kappaleille klassisen liikkeenkuvausmenetelmän käytännön soveltuvuus on kiistaton. Oletetaan esimerkiksi, että puhumme pallon liikkeestä, jonka massa on 1 g. Yleensä pallon sijainti voidaan käytännössä määrittää millimetrin kymmenesosan tai sadasosan tarkkuudella. Joka tapauksessa tuskin on järkevää puhua virheestä pallon sijainnin määrittämisessä, joka on pienempi kuin atomin mitat. Olkoon siis ΔX=10 -10 m. Sitten epävarmuussuhteesta saadaan

Arvojen ΔX ja ΔV x samanaikainen pienuus on todiste klassisen menetelmän soveltuvuudesta makrokappaleiden liikkeen kuvaamiseen.

Tarkastellaan elektronin liikettä vetyatomissa. Elektronin massa on 9,1 10 -31 kg. Virhe elektronin sijainnissa ΔX ei missään tapauksessa saa ylittää atomin mittoja, eli ΔX<10 -10 м. Но тогда из соотношения неопределенностей получаем

Tämä arvo on jopa suurempi kuin elektronin nopeus atomissa, joka on suuruusluokkaa 10 6 m/s. Tässä tilanteessa klassinen liikkeen kuva menettää merkityksensä.

Mekaniikka on jaettu kinematiikka, statiikka ja dynamiikka. Kinematiikka kuvaa kappaleiden liikettä olematta kiinnostunut syistä, jotka aiheuttivat tämän liikkeen; statiikka ottaa huomioon kappaleiden tasapainon ehdot; dynamiikka tutkii kappaleiden liikettä niiden syiden yhteydessä (kehojen väliset vuorovaikutukset), jotka määräävät liikkeen yhden tai toisen luonteen.

Vartalon todelliset liikkeet ovat niin monimutkaisia, että niitä tutkiessa on välttämätöntä irrottautua yksityiskohdista, jotka eivät ole tarkasteltavan liikkeen kannalta oleellisia (muuten ongelmasta tulisi niin monimutkainen, että sen ratkaiseminen olisi käytännössä mahdotonta). Tätä tarkoitusta varten käytetään käsitteitä (abstraktioita, idealisointeja), joiden soveltuvuus riippuu meitä kiinnostavan ongelman erityisluonteesta sekä siitä, kuinka tarkkuudella haluamme saada tuloksen. Näistä käsitteistä tärkeimmät ovat käsitteet materiaalipiste, materiaalipistejärjestelmä, ehdottoman jäykkä runko.

Aineellinen piste on fysikaalinen käsite, joka kuvaa kappaleen translaatioliikettä, jos vain sen lineaariset mitat ovat pieniä verrattuna muiden kappaleiden lineaarisiin mittoihin annetulla kehon koordinaatin määritystarkkuudella, lisäksi kehon massa lasketaan se.

Luonnossa aineellisia pisteitä ei ole olemassa. Yhtä ja samaa kappaletta voidaan olosuhteista riippuen pitää joko aineellisena pisteenä tai rajallisena kappaleena. Näin ollen Auringon ympäri liikkuvaa maapalloa voidaan pitää aineellisena pisteenä. Mutta kun tutkitaan Maan pyörimistä akselinsa ympäri, sitä ei voida enää pitää aineellisena pisteenä, koska tämän liikkeen luonteeseen vaikuttavat merkittävästi Maan muoto ja koko sekä minkä tahansa maan pisteen kulkema polku. pintaa ajassa, joka on yhtä suuri kuin sen kiertoaika akselinsa ympäri, verrataan maapallon lineaarisiin mittoihin. Lentokonetta voidaan pitää aineellisena pisteenä, jos tutkimme sen massakeskuksen liikettä. Mutta jos on tarpeen ottaa huomioon ympäristön vaikutus tai määrittää voimat lentokoneen yksittäisissä osissa, meidän on pidettävä lentokonetta ehdottoman jäykänä runkona.

Ehdottoman jäykkä kappale on kappale, jonka muodonmuutokset voidaan jättää huomiotta tietyn ongelman olosuhteissa.

Aineellisten pisteiden järjestelmä on joukko tarkasteltavia kappaleita, jotka ovat aineellisia pisteitä.

Mielivaltaisen kappalejärjestelmän liikkeen tutkiminen rajoittuu vuorovaikutuksessa olevien materiaalipisteiden järjestelmän tutkimiseen. Siksi on luonnollista aloittaa klassisen mekaniikan tutkimus yhden materiaalipisteen mekaniikasta ja jatkaa sitten materiaalipistejärjestelmän tutkimista.