Beranda > Kuliah

Newton adalah pendiri mekanika klasik. Dan meskipun hari ini, dari sudut pandang ilmu pengetahuan modern, gambaran mekanistik Newton tentang dunia tampak kasar dan terbatas, hal itulah yang memberi dorongan bagi perkembangan ilmu-ilmu teoretis dan terapan selama hampir 200 tahun ke depan. Kita berhutang pada Newton konsep-konsep seperti ruang absolut, waktu, massa, gaya, kecepatan, percepatan; ia menemukan hukum gerak tubuh fisik, meletakkan dasar bagi pengembangan ilmu fisika. (Namun, semua ini tidak akan terjadi jika Galileo, Copernicus, dan lainnya tidak ada sebelum dia. Tidak heran dia sendiri berkata: "Saya berdiri di atas bahu raksasa.") Mari kita membahas pencapaian utama penelitian ilmiah Newton - gambaran mekanistik dunia. Di dalamnya terdapat ketentuan sebagai berikut:

Pernyataan bahwa seluruh dunia, Semesta tidak lain adalah kumpulan sejumlah besar partikel tak terpisahkan dan tidak berubah yang bergerak dalam ruang dan waktu, saling berhubungan oleh gaya gravitasi yang ditransmisikan dari tubuh ke tubuh melalui kehampaan. Oleh karena itu, semua peristiwa ditentukan sebelumnya secara kaku dan tunduk pada hukum mekanika klasik, yang memungkinkan untuk menentukan dan memprediksi jalannya peristiwa. Unit dasar dunia adalah atom, dan semua benda terdiri dari sel-sel yang benar-benar padat, tidak dapat dibagi, dan tidak berubah - atom. Saat menjelaskan proses mekanis, ia menggunakan konsep "tubuh" dan "sel darah". Pergerakan atom dan benda disajikan sebagai gerakan sederhana benda dalam ruang dan waktu. Sifat-sifat ruang dan waktu, pada gilirannya, disajikan sebagai tidak berubah dan independen dari benda-benda itu sendiri. Alam disajikan sebagai mekanisme besar (mesin), di mana setiap bagian memiliki tujuannya sendiri dan secara ketat mematuhi hukum tertentu. Inti dari gambaran dunia ini adalah sintesis pengetahuan ilmu alam dan hukum-hukum mekanika, yang mereduksi (mengeduksi) seluruh ragam fenomena dan proses menjadi yang mekanis.

Adalah mungkin untuk mencatat pro dan kontra dari gambaran dunia seperti itu. Kelebihannya termasuk fakta bahwa itu memungkinkan untuk menjelaskan banyak fenomena dan proses yang terjadi di alam, tanpa menggunakan mitos dan agama, tetapi dari alam itu sendiri. Adapun kontra, ada banyak. Misalnya, materi dalam interpretasi mekanistik Newton disajikan sebagai zat yang tidak bergerak, ditakdirkan untuk pengulangan abadi hal-hal; waktu adalah durasi kosong, ruang adalah "wadah" sederhana materi, yang ada secara independen dari waktu maupun materi. Subjek yang mengetahuinya dihilangkan dari gambaran dunia itu sendiri - secara apriori diasumsikan bahwa gambaran dunia seperti itu selalu ada, dengan sendirinya, dan tidak bergantung pada sarana dan metode dari subjek yang mengetahui. Gambaran mekanistik dunia, metode penjelasan ilmiah tentang alam, yang dikembangkan oleh Newton, memberikan dorongan kuat untuk pengembangan ilmu-ilmu lain, munculnya bidang-bidang pengetahuan baru - kimia, biologi (misalnya, R. Boyle mampu untuk menunjukkan bagaimana unsur-unsur bergabung dan menjelaskan fenomena kimia lainnya berdasarkan gagasan tentang pergerakan "partikel kecil materi" (sel darah)). Lamarck, dalam mencari jawaban atas pertanyaan tentang sumber perubahan pada organisme hidup, dengan mengandalkan paradigma mekanistik Newton, menyimpulkan bahwa perkembangan semua makhluk hidup tunduk pada prinsip "pergerakan cairan yang meningkat". Sampai abad ke-19, gambaran mekanistik dunia memerintah dalam ilmu alam, dan pengetahuan didasarkan pada prinsip-prinsip metodologis - mekanisme dan reduksionisme. Namun, dengan perkembangan ilmu pengetahuan, berbagai bidangnya (biologi, kimia, geologi, fisika itu sendiri), menjadi jelas bahwa gambaran mekanistik dunia tidak cocok untuk menjelaskan banyak fenomena. Jadi, saat mempelajari medan listrik dan magnet, Faraday dan Maskwell menemukan fakta bahwa materi dapat direpresentasikan tidak hanya sebagai zat (sesuai dengan interpretasi mekanistiknya), tetapi juga sebagai medan elektromagnetik. Proses elektromagnetik tidak dapat direduksi menjadi proses mekanis, dan oleh karena itu kesimpulannya muncul dengan sendirinya: bukan hukum mekanika, tetapi hukum elektrodinamika yang mendasar di alam semesta. Akhirnya, penemuan hukum kekekalan energi pada tahun 40-an abad XIX (J. Mayer, D. Joule, E. Lenz) menunjukkan bahwa fenomena seperti panas, cahaya, listrik, magnet juga tidak terisolasi satu sama lain. (seperti yang dibayangkan sebelumnya), tetapi berinteraksi, melewati kondisi tertentu satu sama lain dan tidak lain adalah bentuk-bentuk gerakan yang berbeda di alam. Dengan demikian, gambaran mekanistik dunia dirusak dengan gagasannya yang disederhanakan tentang gerak sebagai gerakan sederhana benda-benda dalam ruang dan waktu, terisolasi satu sama lain, dari satu-satunya bentuk gerak yang mungkin - mekanis, ruang sebagai "wadah " materi dan waktu sebagai konstanta yang tidak berubah, tidak tergantung pada benda-benda itu sendiri. 5. Akhir XIX - awal abad XX. ditandai dengan serangkaian penemuan ilmiah yang melengkapi penghancuran konsep mekanistik Newton. Untuk menyebutkan beberapa di antaranya: ini adalah penemuan partikel elementer - elektron yang termasuk dalam struktur atom (J. Thompson), kemudian - partikel bermuatan positif - nukleus di dalam atom (E. Rutherford, 1914 ), atas dasar yang model planet atom diusulkan: Elektron berputar di sekitar inti bermuatan positif. Rutherford juga meramalkan keberadaan partikel elementer lain di dalam atom - proton (yang kemudian ditemukan). Penemuan-penemuan ini menjungkirbalikkan gagasan yang masih ada tentang atom sebagai partikel dasar alam semesta yang tidak dapat dibagi-bagi, "batu batanya". Pukulan nyata berikutnya terhadap ilmu pengetahuan alam klasik disampaikan oleh teori relativitas A. Einstein (1916), yang menunjukkan bahwa ruang dan waktu tidak mutlak, mereka terkait erat dengan materi (mereka adalah sifat atributifnya), dan juga saling berhubungan oleh pergerakan. Einstein sendiri menggambarkan esensi dari penemuan ini dengan sangat jelas dalam karyanya “Fisika dan Realitas”, di mana ia mengatakan bahwa jika sebelumnya (berarti waktu dominasi mekanika Newton klasik) diyakini bahwa dalam peristiwa hilangnya semua materi dari Semesta, ruang dan waktu akan terpelihara, kemudian teori relativitas menemukan bahwa ruang dan waktu akan menghilang bersama dengan materi. Pada saat yang sama, signifikansi dari penemuan-penemuan ini terletak pada kenyataan bahwa faktanya telah menjadi jelas: gambaran dunia objektif tidak hanya ditentukan oleh sifat-sifat dunia itu sendiri, tetapi juga oleh karakteristik subjek pengetahuan, aktivitasnya, posisi pribadinya, milik budaya tertentu, tergantung pada interaksi subjek yang memahami dengan instrumen, dari metode pengamatan, dll. Sebuah pencapaian besar ilmu pengetahuan abad ke-19 adalah terobosan untuk pertanyaan tentang bagaimana kehidupan masyarakat manusia bekerja, apakah ia mematuhi hukum objektif tertentu (seperti alam) atau unsur-unsur, subjektivisme, bertindak di dalamnya. Pengenalan teknologi ke dalam produksi, penguatan hubungan komoditas-uang di negara-negara Eropa Barat membuatnya perlu untuk mengetahui alasan, faktor-faktor yang berkontribusi terhadap akumulasi kekayaan negara. Inilah bagaimana ekonomi politik klasik muncul (abad XVIII, Adam Smith), yang didasarkan pada gagasan bahwa sumber kekayaan adalah tenaga kerja, dan pengatur hubungan ekonomi adalah hukum pasar. Adam Smith berpendapat bahwa dasar dari hubungan kerja adalah kepentingan pribadi individu individu. “Setiap individu ... hanya memikirkan kepentingannya sendiri, hanya mengejar keuntungannya sendiri, dan dalam hal ini dia dibimbing oleh tangan tak terlihat ke tujuan yang bukan bagian dari niatnya. Dalam mengejar kepentingannya sendiri, ia sering melayani kepentingan masyarakat lebih efektif daripada ketika ia secara sadar berusaha melayani mereka. Kemudian, di tahun 40-an. Abad XIX, filsuf Jerman K. Marx mengkritik ekonomi politik klasik dan berhasil mengungkap mekanisme eksploitasi kapitalis, menciptakan teori nilai lebih. Baik konsep A. Smith maupun ajaran K. Marx dapat dianggap sebagai pendekatan ilmiah pertama untuk mempelajari hukum-hukum kehidupan sosial. Namun, akan menjadi kesalahan untuk menyajikan masalah sedemikian rupa sehingga baik filsuf maupun ilmuwan tidak memikirkan masyarakat dan manusia sebelum Smith dan Marx. Cukuplah untuk mengingat doktrin Plato tentang negara ideal, yang diproyeksikan pada masyarakat yang adil dan makmur oleh Thomas More ("Utopia"), Tomaso Campanella ("Kota Matahari"). Namun, ide-ide ini bersifat utopis, mereka hanya "mimpi", tidak perlu berbicara tentang pendekatan ilmiah dalam hal ini. Benar, pada abad ke-19, sosialis utopis Inggris F. Fourier (1772-1837) dan R. Owen (1771-1858), mulai dari ide-ide materialis Prancis Pencerahan, mencoba menciptakan "ilmu sosial" ( F. Fourier), tetapi ajaran mereka tentang masyarakat yang adil belum membebaskan diri dari idealisme dan utopianisme. Perlu dicatat bahwa pengaruh keberhasilan ilmu pengetahuan alam juga telah memanifestasikan dirinya di bidang humaniora (psikologi, pedagogi, sejarah, retorika, yurisprudensi): persyaratan untuk menerapkan metode sains (pengamatan, deskripsi, eksperimen) juga berlaku untuk bidang pengetahuan ini. Untuk meringkas: Pada akhir abad ke-19, periode pembentukan jenis pengetahuan ilmiah klasik, di gudang yang ada pencapaian signifikan, telah berakhir. Dalam fisika, ini adalah mekanika klasik Newton, kemudian termodinamika, teori listrik dan magnet; dalam kimia, sistem periodik unsur ditemukan, awal kimia organik diletakkan; dalam matematika, pengembangan geometri analitik dan analisis matematis; dalam biologi - teori evolusi, teori struktur seluler organisme, penemuan sinar-X, dll. Pada akhir abad ke-19, ada perasaan bahwa sains telah menemukan jawaban atas hampir semua pertanyaan tentang dunia, hanya sedikit yang tersisa untuk diurai. Dan tiba-tiba - terobosan baru - penemuan struktur atom, yang menyebabkan "krisis dalam fisika", yang kemudian menyebar ke cabang-cabang pengetahuan lainnya. Hari ini, melihat dari jarak beberapa tahun terakhir, kita dapat mengatakan bahwa pergantian abad XIX-XX. menandai transisi dari sains klasik ke non-klasik (atau pasca-klasik). Perbedaan mereka dapat direpresentasikan sebagai berikut:

№	ilmu klasik	ilmu pascaklasik
1.	Mengambil subjek dari objek.	Pengakuan subjektivitas pengetahuan dan kognisi.
2.	Instalasi pada rasionalitas.	Akuntansi untuk cara mengetahui yang tidak rasional.
3.	Dominasi hukum dinamis.	Memperhitungkan peran dan pentingnya keteraturan statistik-probabilistik.
4.	Objek kajiannya adalah makrokosmos.	Objek kajiannya adalah dunia mikro, makro, dan mega.
5.	Metode utama kognisi adalah eksperimen.	Pemodelan (termasuk matematika).
6.	Kejelasan tanpa syarat.	Visibilitas bersyarat.
7.	Garis yang jelas antara ilmu-ilmu alam dan humaniora.	Hapus tepi ini.
8.	Disiplin yang bertanggung jawab. Dominasi diferensiasi ilmu.	Diferensiasi dan integrasi (teori sistem, sinergi, metode struktural).

Tanpa mengungkapkan secara rinci esensi dari ciri-ciri khas yang diidentifikasi dari ilmu pengetahuan pascaklasik (sampai tingkat tertentu, ini dilakukan dalam rangka mengungkap tahap-tahap perkembangan ilmu pengetahuan), kami mencatat bahwa perubahan yang terjadi di dalamnya telah memiliki dampak besar pada dunia secara keseluruhan dan pada sikap manusia terhadapnya. Ini dimanifestasikan, pertama, dalam kenyataan bahwa di era ilmiah dan teknologi modern tidak ada kanon terpadu, standar yang diterima secara umum dalam persepsi dunia, penjelasan dan pemahamannya - keterbukaan ini diungkapkan dalam pluralisme ide, konsep, nilai-nilai. Fitur lain (kedua) dari situasi saat ini adalah ritme peristiwa yang dipercepat, kepadatan semantik dan konfliknya. Ketiga, telah berkembang situasi paradoks: di satu sisi, kepercayaan pada struktur rasional alam semesta telah hilang, dan di sisi lain, ada kecenderungan untuk merasionalisasi, teknisasi semua aspek kehidupan, baik masyarakat maupun individu. Hasil dari proses ini adalah perubahan radikal dalam gaya hidup, sikap preferensial terhadap segala sesuatu yang cepat berlalu, berubah, berbeda dengan yang stabil, tradisional, konservatif. Kuliah No. 4 Struktur Ilmu Pengetahuan

Macam-macam jenis ilmu pengetahuan. Pengetahuan empiris, struktur dan fitur-fiturnya. Struktur dan fitur khusus dari pengetahuan teoretis. Dasar-dasar ilmu.

1. Dalam setiap cabang ilmu – fisika, biologi, kimia, dll terdapat berbagai jenis atau bentuk ilmu pengetahuan – fakta empiris, hipotesis, model, hukum, teori, dll. Semuanya berbeda satu sama lain dalam tingkat generalisasi, misalnya, fakta empiris adalah semacam realitas empiris, diwakili oleh berbagai sarana informasi - teks, rumus, foto, kaset video, dan fenomena sederhana yang diamati dalam kehidupan sehari-hari, sedangkan hukum adalah rumusan pernyataan umum tentang sifat dan hubungan bidang studi yang diteliti (berdasarkan fakta). Mari kita lihat lebih dekat satu per satu. Tugas terpenting penelitian ilmiah adalah menemukan, mengungkapkan hukum-hukum tertentu, kegiatan objektif, mengungkapkannya dalam konsep, teori, ide, prinsip yang sesuai. Dalam bentuknya yang paling umum, hukum dapat didefinisikan sebagai hubungan antara fenomena, proses, yang dibedakan oleh objektivitas, konkrit, universalitas, keharusan, pengulangan, dan stabilitas. Stabilitas, invariansi hukum, bagaimanapun, selalu berkorelasi dengan kondisi tertentu, jika terjadi perubahan di mana invarian ini dihilangkan dan dihasilkan yang baru, yang mengarah pada perubahan hukum, pendalaman, perluasan atau penyempitannya. dari ruang lingkup. Hukum ditemukan awalnya dalam bentuk asumsi, hipotesis. Hipotesis adalah suatu bentuk pengetahuan yang mengandung asumsi yang dirumuskan berdasarkan sejumlah fakta, yang makna sebenarnya tidak pasti dan perlu dibuktikan. Dalam metodologi sains modern, konsep "hipotesis" digunakan dalam dua arti:

sebagai bentuk pengetahuan yang bermasalah dan tidak dapat diandalkan; sebagai metode pengetahuan ilmiah.

Dalam arti pertama, hipotesis harus memenuhi persyaratan berikut:

kepatuhan terhadap hukum yang ditetapkan dalam sains; konsistensi dengan materi yang sebenarnya; konsistensi dari sudut pandang logika formal (jika kita berbicara tentang kontradiksi dari realitas objektif itu sendiri, maka hipotesis harus mengandung kontradiksi); tidak adanya asumsi subjektif dan sewenang-wenang (yang tidak membatalkan aktivitas subjek itu sendiri); kemungkinan konfirmasi atau sanggahannya baik dalam pengamatan langsung, atau tidak langsung - dengan menurunkan konsekuensi dari hipotesis.

Ada berbagai jenis hipotesis: umum, khusus dan bekerja. Hipotesis umum adalah dasar untuk membangun dasar-dasar pengetahuan ilmiah, mereka menyarankan pola berbagai jenis hubungan antara fenomena. Hipotesis tertentu juga mengandung asumsi, tetapi tentang sifat-sifat fakta tunggal, peristiwa, fenomena tertentu. Hipotesis kerja adalah semacam titik awal - asumsi yang diajukan pada tahap pertama penelitian, yang merupakan semacam pedoman untuk pencarian penelitian. Juga harus diingat bahwa ada apa yang disebut adhoc (hipotesis untuk kasus tertentu) - ini adalah asumsi yang diperlukan untuk memecahkan sejumlah masalah yang nantinya bisa menjadi pilihan yang salah. Salah satu bentuk pengetahuan ilmiah yang paling kompleks dan berkembang adalah teori, yang mewakili refleksi holistik dari hubungan reguler dan esensial dari area realitas tertentu. Dalam sains, ada kriteria tertentu yang harus dipenuhi oleh sebuah teori. Untuk menyebutkan beberapa di antaranya:

Teori tidak boleh bertentangan dengan data fakta dan pengalaman dan dapat diverifikasi pada bahan eksperimen yang tersedia. Itu tidak boleh bertentangan dengan prinsip-prinsip logika formal, dan pada saat yang sama dibedakan oleh kesederhanaan logis, "kealamian". Sebuah teori dikatakan "baik" jika mencakup dan menghubungkan berbagai mata pelajaran ke dalam sistem abstraksi yang koheren.

Karl Popper, filsuf sains, membandingkan teori dengan jaringan yang dirancang untuk menangkap apa yang kita sebut dunia nyata untuk memahami, menjelaskan, dan menguasainya. Sesuai dengan ini, teori yang benar harus sesuai dengan semua (dan bukan beberapa) fakta nyata dan memenuhi persyaratan praktik. Popper menyebut teori sebagai alat, yang pengujiannya dilakukan selama penerapannya dan kesesuaiannya dinilai dari hasil aplikasi tersebut. Teori memiliki struktur yang kompleks, di mana komponen-komponen berikut dibedakan: konsep, persamaan, aksioma, hukum; objek ideal - model abstrak; seperangkat teknik, metode, aturan, bukti yang ditujukan untuk mengklarifikasi pengetahuan; generalisasi dan pembenaran filosofis. Inti dari sebuah teori (yang akan dibahas nanti) adalah objek yang abstrak dan ideal, yang tanpanya tidak mungkin membangun sebuah teori, karena mengandung program penelitian yang nyata. Ada berbagai jenis teori: matematika, dicirikan oleh tingkat abstraksi yang tinggi berdasarkan deduksi. Momen dominan dari teori matematika adalah penerapan metode aksiomatik, hipotetis-deduktif dan metode formalisasi. Ada teori ilmu eksperimental (empiris) - fisika, kimia, biologi, dll. Dalam ilmu pengetahuan modern, teori juga biasa dibagi menjadi yang fenomenologis dan non-fenomenologis. Teori fenomenologis menggambarkan proses, sifat, dan kualitas objek tanpa menggali esensi, tanpa mengungkapkan mekanisme internal (misalnya, teori psikologis, sosiologis, pedagogis). Tugas mereka adalah mengorganisasikan dan meringkas fakta menggunakan terminologi tertentu. Sebagai aturan, teori fenomenologis muncul pada tahap awal pengembangan ilmu apa pun. Dengan berkembangnya penelitian ilmiah, teori fenomenologis digantikan oleh teori non-fenomenologis, atau penjelas. Teori penjelas mengungkapkan mekanisme internal yang dalam dari fenomena dan proses yang dipelajari, interaksinya, koneksi dan hubungan stabil yang esensial, yaitu, hukum, apalagi, teoretis, dan bukan empiris, karena mereka dibentuk atas dasar objek yang diidealkan. Dimungkinkan untuk memberikan klasifikasi teori seperti itu sebagai yang andal dan probabilistik menurut tingkat prediktabilitasnya. Yang terpercaya antara lain teori mekanika klasik, fisika, kimia; untuk probabilistik - teori ilmu sosial dan humaniora. Seseorang juga harus menunjukkan bentuk penting dari pengetahuan ilmiah sebagai masalah. Masalahnya, kemungkinan besar, adalah pengetahuan tentang ketidaktahuan, tentang apa yang harus diselesaikan, yang mana dari banyak pertanyaan yang muncul selama mempelajari fenomena tertentu, penting untuk dijawab. Kemampuan untuk mengidentifikasi masalah dengan benar seringkali lebih penting daripada solusi itu sendiri. Apa yang biasanya menyebabkan masalah? Mereka muncul baik ketika dua teori yang berbeda bertabrakan, atau dalam kasus kontradiksi dalam masalah yang terpisah, atau mereka adalah hasil dari tabrakan teori dan pengamatan. Perumusan dan pemecahan masalah ilmiah memerlukan pilihan metode penelitian tertentu, yang ditentukan baik oleh tujuannya atau oleh sifat masalah yang dipecahkan. Selanjutnya, penggunaan peralatan konseptual, yang dengannya dimungkinkan untuk memperbaiki fenomena tertentu. Tradisi ilmiah sangat penting dalam perumusan dan pemilihan suatu masalah. Keragaman bentuk pengetahuan ilmiah membentuk strukturnya, yang mengungkapkan kesatuan hubungan yang stabil antara elemen-elemen sistem tertentu. Struktur pengetahuan ilmiah dan kognisi muncul di bagian yang berbeda dan, karenanya, dalam satu set elemen tertentu. Struktur pengetahuan ilmiah dapat berbeda dari sudut pandang interaksi objek dan subjek pengetahuan ilmiah sesuai dengan kriteria seperti subjek dan metode pengetahuan, yang memungkinkan untuk memisahkan ilmu-ilmu alam (ilmu alam). ), masyarakat (ilmu sosial, humaniora) dan pengetahuan itu sendiri (logika, epistemologi). , epistemologi, kognitologi, dll.), menurut kriteria "dasar ilmu", di mana tiga elemen dipilih: a) cita-cita dan norma ; b) landasan filosofis; c) gambaran ilmiah tentang dunia. Struktur pengetahuan ilmiah juga dapat direpresentasikan sebagai kesatuan dari dua tingkat utamanya - empiris dan teoretis. Dalam kuliah kami, sebagai berikut dari poin-poin rencana yang ditunjukkan, kami bermaksud untuk mempertimbangkan hampir semua kriteria yang dengannya pengetahuan ilmiah disusun. Mari kita mulai dengan yang terakhir, yaitu dengan hubungan antara tingkat pengetahuan empiris dan teoritis. 2. Pengetahuan dan kognisi empiris (eksperimental) adalah kegiatan yang didasarkan pada perenungan langsung yang hidup terhadap suatu objek. Ciri khasnya adalah kumpulan fakta, generalisasi utamanya, deskripsi pengamatan dan eksperimen, sistematisasi dan klasifikasinya. Elemen terpenting dari penelitian empiris adalah fakta (dari bahasa Latin factum - done, done). Konsep "fakta" memiliki arti sebagai berikut: 1) sebuah fragmen realitas, yang berkaitan baik dengan realitas objektif atau dengan lingkup kesadaran dan kognisi ("fakta kesadaran"); 2) pengetahuan tentang setiap fenomena, peristiwa, yang keandalannya telah terbukti; 3) kalimat yang memantapkan pengetahuan empiris (pengetahuan yang diperoleh selama observasi dan eksperimen). Fakta dalam pengetahuan ilmiah memiliki makna ganda: 1) menjadi dasar untuk mengajukan hipotesis dan membangun teori; 2) sangat penting dalam memvalidasi teori. Dalam kasus di mana fakta dan teori berbeda, perlu waktu untuk memeriksa ulang teori, dan hanya ketika kontradiksi di antara mereka menjadi tidak dapat dipecahkan, teori tersebut dinyatakan salah. Fakta menjadi "hal yang keras kepala", "udara" atau "roti ilmuwan" hanya jika mereka diterima terlepas dari apakah para ilmuwan menyukainya atau tidak, dan juga jika mereka sepenuhnya, secara komprehensif mencakup objek penelitian (kita berbicara tentang tidak dapat diterimanya dari "memotong » beberapa fakta, menyambar fragmen terpisah dari set). Di sisi lain, seseorang tidak boleh mengejar banyak fakta. Tujuan utama peneliti dalam bekerja dengan fakta-fakta adalah untuk mengumpulkan sejumlah tertentu dari mereka, untuk memberi mereka makna, untuk membangun sistem konseptual. Pengumpulan fakta dilakukan dengan menggunakan metode pengetahuan empiris seperti observasi. Ilmuwan tidak hanya membenahi fakta-fakta yang ditemuinya, ia dibimbing oleh suatu tujuan tertentu, suatu hipotesis, dan oleh karena itu pengamatannya bersifat sistematis, teratur, dan terarah. Ilmuwan tidak hanya mendaftarkan fakta apa pun, tetapi melakukan seleksi, seleksi, meninggalkan mereka yang terkait dengan tujuan yang ditetapkan olehnya.

Mekanika adalah cabang fisika yang mempelajari bentuk paling sederhana dari gerak materi - gerakan mekanis, yang terdiri dari mengubah posisi tubuh atau bagian-bagiannya dari waktu ke waktu. Fakta bahwa fenomena mekanik terjadi dalam ruang dan waktu tercermin dalam hukum mekanika apa pun yang secara eksplisit atau implisit mengandung hubungan ruang-waktu - jarak dan interval waktu.

Mekanika mengatur dirinya sendiri dua tugas utama:

studi tentang berbagai gerakan dan generalisasi hasil yang diperoleh dalam bentuk hukum dengan bantuan yang sifat gerakan dalam setiap kasus tertentu dapat diprediksi. Pemecahan masalah ini menyebabkan pendirian oleh I. Newton dan A. Einstein tentang apa yang disebut hukum dinamis;

mencari sifat-sifat umum yang melekat dalam sistem mekanis apa pun dalam proses pergerakannya. Sebagai hasil dari pemecahan masalah ini, hukum kekekalan besaran fundamental seperti energi, momentum, dan momentum sudut ditemukan.

Hukum dinamis dan hukum kekekalan energi, momentum dan momentum sudut adalah hukum dasar mekanika dan merupakan isi bab ini.

§satu. Gerakan mekanis: konsep dasar

Mekanika klasik terdiri dari tiga bagian utama - statika, kinematika dan dinamika. Dalam statika, hukum penambahan gaya dan kondisi keseimbangan benda dipertimbangkan. Dalam kinematika, deskripsi matematis dari semua jenis gerak mekanis diberikan, terlepas dari alasan yang menyebabkannya. Dalam dinamika, pengaruh interaksi antara benda pada gerakan mekanisnya dipelajari.

Dalam praktiknya, semuanya masalah fisik diselesaikan kira-kira: gerakan kompleks yang nyata dianggap sebagai satu set gerakan sederhana, objek nyata digantikan oleh model ideal objek ini, dll. Misalnya, ketika mempertimbangkan gerakan Bumi mengelilingi Matahari, seseorang dapat mengabaikan ukuran Bumi. Dalam hal ini, deskripsi gerakan sangat disederhanakan - posisi Bumi di ruang angkasa dapat ditentukan oleh satu titik. Di antara model-model mekanika, yang menentukan adalah titik material dan tubuh yang benar-benar kaku.

Titik material (atau partikel) adalah benda, yang bentuk dan dimensinya dapat diabaikan dalam kondisi masalah ini. Tubuh apa pun secara mental dapat dibagi menjadi sejumlah besar bagian, sangat kecil dibandingkan dengan ukuran seluruh tubuh. Masing-masing bagian ini dapat dianggap sebagai titik material, dan tubuh itu sendiri - sebagai sistem titik material.

Jika deformasi tubuh selama interaksinya dengan tubuh lain dapat diabaikan, maka itu dijelaskan oleh model tubuh yang benar-benar kaku.

Tubuh yang benar-benar kaku (atau tubuh kaku) adalah tubuh, jarak antara dua titik yang tidak berubah dalam proses gerak. Dengan kata lain, ini adalah tubuh, yang bentuk dan dimensinya tidak berubah selama gerakannya. Tubuh yang benar-benar kaku dapat dianggap sebagai sistem titik-titik material yang saling berhubungan secara kaku.

Posisi suatu benda dalam ruang hanya dapat ditentukan dalam hubungannya dengan beberapa benda lain. Misalnya, masuk akal untuk berbicara tentang posisi planet dalam kaitannya dengan Matahari, pesawat terbang atau kapal dalam kaitannya dengan Bumi, tetapi seseorang tidak dapat menunjukkan posisinya di ruang angkasa tanpa memperhatikan benda tertentu. Benda yang benar-benar kaku, yang berfungsi untuk menentukan posisi objek yang menarik bagi kita, disebut benda referensi. Untuk menggambarkan pergerakan suatu objek, badan referensi dikaitkan dengan sistem koordinat apa pun, misalnya, sistem koordinat Cartesian persegi panjang. Koordinat suatu objek memungkinkan Anda untuk mengatur posisinya di ruang angkasa. Jumlah terkecil koordinat independen yang harus ditetapkan untuk sepenuhnya menentukan posisi benda di ruang angkasa disebut jumlah derajat kebebasan. Misalnya, sebuah titik material yang bergerak bebas di ruang angkasa memiliki tiga derajat kebebasan: sebuah titik dapat membuat tiga gerakan independen di sepanjang sumbu sistem koordinat persegi panjang Cartesian. Benda yang benar-benar kaku memiliki enam derajat kebebasan: untuk menentukan posisinya dalam ruang, tiga derajat kebebasan diperlukan untuk menggambarkan gerak translasi sepanjang sumbu koordinat dan tiga derajat untuk menggambarkan rotasi pada sumbu yang sama. Sistem koordinat dilengkapi dengan jam untuk menjaga waktu.

Himpunan badan referensi, sistem koordinat yang terkait dengannya dan himpunan jam yang disinkronkan satu sama lain membentuk kerangka referensi.

Lihat juga: Portal:Fisika

mekanika klasik- sejenis mekanika (cabang fisika yang mempelajari hukum perubahan posisi benda dalam ruang dari waktu ke waktu dan penyebab yang menyebabkannya), berdasarkan hukum Newton dan prinsip relativitas Galileo. Oleh karena itu, sering disebut mekanika Newton».

Mekanika klasik dibagi menjadi:

• statika (yang mempertimbangkan keseimbangan benda)
• kinematika (yang mempelajari sifat geometris gerak tanpa mempertimbangkan penyebabnya)
• dinamika (yang mempertimbangkan pergerakan tubuh).

Ada beberapa cara yang setara untuk secara formal menggambarkan mekanika klasik secara matematis:

• Formalisme Lagrangian
• Formalisme Hamilton

Mekanika klasik memberikan hasil yang sangat akurat jika penerapannya terbatas pada benda yang kecepatannya jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya, dan yang dimensinya jauh lebih besar daripada ukuran atom dan molekul. Generalisasi mekanika klasik untuk benda yang bergerak dengan kecepatan sewenang-wenang adalah mekanika relativistik, dan untuk benda yang dimensinya sebanding dengan atom - mekanika kuantum. Teori medan kuantum mempertimbangkan efek relativistik kuantum.

Namun demikian, mekanika klasik mempertahankan nilainya karena:

1. itu jauh lebih mudah untuk dipahami dan digunakan daripada teori-teori lain
2. dalam jangkauan yang luas, itu menggambarkan realitas dengan cukup baik.

Mekanika klasik dapat digunakan untuk menggambarkan gerakan objek seperti puncak dan bola, banyak objek astronomi (seperti planet dan galaksi), dan terkadang bahkan banyak objek mikroskopis seperti molekul.

Mekanika klasik merupakan teori self-consistent, yaitu dalam kerangkanya tidak ada pernyataan yang saling bertentangan. Namun, kombinasinya dengan teori klasik lainnya, seperti elektrodinamika klasik dan termodinamika, menyebabkan kontradiksi yang tak terpecahkan. Secara khusus, elektrodinamika klasik memprediksi bahwa kecepatan cahaya adalah konstan untuk semua pengamat, yang tidak konsisten dengan mekanika klasik. Pada awal abad ke-20, hal ini menyebabkan perlunya dibuat teori relativitas khusus. Ketika dipertimbangkan bersama dengan termodinamika, mekanika klasik mengarah ke paradoks Gibbs, di mana tidak mungkin untuk secara akurat menentukan jumlah entropi, dan bencana ultraviolet, di mana benda hitam harus memancarkan energi dalam jumlah tak terbatas. Upaya untuk memecahkan masalah ini menyebabkan munculnya dan perkembangan mekanika kuantum.

Konsep dasar

Mekanika klasik beroperasi dengan beberapa konsep dan model dasar. Di antara mereka harus disorot:

Hukum Dasar

prinsip relativitas Galileo

Prinsip dasar yang mendasari mekanika klasik adalah prinsip relativitas, yang dirumuskan berdasarkan pengamatan empiris oleh G. Galileo. Menurut prinsip ini, ada banyak kerangka acuan di mana benda bebas diam atau bergerak dengan kecepatan konstan dalam nilai dan arah absolut. Kerangka acuan ini disebut inersia dan bergerak relatif satu sama lain secara seragam dan lurus. Dalam semua kerangka acuan inersia, sifat ruang dan waktu adalah sama, dan semua proses dalam sistem mekanis mematuhi hukum yang sama. Prinsip ini juga dapat dirumuskan sebagai tidak adanya sistem referensi absolut, yaitu sistem referensi yang entah bagaimana dibedakan relatif terhadap yang lain.

hukum Newton

Tiga hukum Newton adalah dasar dari mekanika klasik.

Hukum kedua Newton tidak cukup untuk menggambarkan gerakan partikel. Selain itu, deskripsi gaya diperlukan, diperoleh dari pertimbangan esensi interaksi fisik di mana tubuh berpartisipasi.

Hukum kekekalan energi

Hukum kekekalan energi merupakan konsekuensi dari hukum Newton untuk sistem konservatif tertutup, yaitu sistem di mana hanya gaya konservatif yang bekerja. Dari sudut pandang yang lebih mendasar, ada hubungan antara hukum kekekalan energi dan homogenitas waktu, yang diungkapkan oleh teorema Noether.

Di luar penerapan hukum Newton

Mekanika klasik juga mencakup deskripsi gerakan kompleks dari objek tak bertitik yang diperpanjang. Hukum Euler memberikan perpanjangan hukum Newton ke daerah ini. Konsep momentum sudut bergantung pada metode matematika yang sama yang digunakan untuk menggambarkan gerakan satu dimensi.

Persamaan gerak roket memperluas konsep kecepatan ketika momentum suatu benda berubah dari waktu ke waktu untuk memperhitungkan efek seperti kehilangan massa. Ada dua alternatif formulasi penting dari mekanika klasik: mekanika Lagrange dan mekanika Hamiltonian. Ini dan formulasi modern lainnya cenderung mengabaikan konsep "gaya", dan menekankan kuantitas fisik lainnya, seperti energi atau aksi, untuk menggambarkan sistem mekanis.

Ekspresi di atas untuk momentum dan energi kinetik hanya berlaku jika tidak ada kontribusi elektromagnetik yang signifikan. Dalam elektromagnetisme, hukum kedua Newton untuk kawat yang membawa arus dilanggar jika tidak termasuk kontribusi medan elektromagnetik terhadap momentum sistem yang dinyatakan dalam vektor Poynting dibagi dengan c 2 , dimana c adalah kecepatan cahaya di ruang bebas.

Cerita

zaman dahulu

Mekanika klasik berasal dari zaman kuno terutama sehubungan dengan masalah yang muncul selama konstruksi. Bagian pertama dari mekanika yang dikembangkan adalah statika, yang fondasinya diletakkan dalam karya Archimedes pada abad ke-3 SM. e. Dia merumuskan aturan tuas, teorema tentang penambahan gaya paralel, memperkenalkan konsep pusat gravitasi, meletakkan dasar hidrostatik (gaya Archimedes).

Abad Pertengahan

waktu baru

abad ke-17

abad ke 18

abad ke-19

Pada abad ke-19, perkembangan mekanika analitik berlangsung dalam karya-karya Ostrogradsky, Hamilton, Jacobi, Hertz, dan lain-lain.Dalam teori getaran, Routh, Zhukovsky, dan Lyapunov mengembangkan teori stabilitas sistem mekanik. Coriolis mengembangkan teori gerak relatif dengan membuktikan teorema percepatan. Pada paruh kedua abad ke-19, kinematika dipisahkan menjadi bagian mekanika yang terpisah.

Khususnya yang signifikan pada abad ke-19 adalah kemajuan dalam mekanika kontinum. Navier dan Cauchy merumuskan persamaan teori elastisitas dalam bentuk umum. Dalam karya Navier dan Stokes, persamaan diferensial hidrodinamika diperoleh dengan mempertimbangkan viskositas cairan. Seiring dengan itu, ada pendalaman pengetahuan di bidang hidrodinamika fluida ideal: karya Helmholtz tentang vortisitas, Kirchhoff, Zhukovsky dan Reynolds tentang turbulensi, dan Prandtl tentang efek batas muncul. Saint-Venant mengembangkan model matematika yang menggambarkan sifat plastik logam.

waktu terbaru

Pada abad ke-20, minat peneliti beralih ke efek nonlinier di bidang mekanika klasik. Lyapunov dan Henri Poincaré meletakkan dasar bagi teori osilasi nonlinier. Meshchersky dan Tsiolkovsky menganalisis dinamika benda dengan massa variabel. Aerodinamika menonjol dari mekanika kontinum, yang fondasinya dikembangkan oleh Zhukovsky. Di pertengahan abad ke-20, arah baru dalam mekanika klasik secara aktif berkembang - teori kekacauan. Isu stabilitas sistem dinamis yang kompleks juga tetap penting.

Keterbatasan mekanika klasik

Mekanika klasik memberikan hasil yang akurat untuk sistem yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Tapi prediksinya menjadi salah untuk sistem yang mendekati kecepatan cahaya, di mana ia digantikan oleh mekanika relativistik, atau untuk sistem yang sangat kecil di mana hukum mekanika kuantum berlaku. Untuk sistem yang menggabungkan kedua sifat ini, teori medan kuantum relativistik digunakan sebagai pengganti mekanika klasik. Untuk sistem dengan jumlah komponen yang sangat besar, atau derajat kebebasan, mekanika klasik juga tidak dapat memadai, tetapi metode mekanika statistik digunakan.

Mekanika klasik banyak digunakan karena, pertama, jauh lebih sederhana dan lebih mudah diterapkan daripada teori-teori yang disebutkan di atas, dan, kedua, memiliki kemungkinan besar untuk aproksimasi dan aplikasi untuk kelas objek fisik yang sangat luas, mulai dari yang biasa, seperti seperti gasing atau bola yang berputar, hingga objek astronomi yang besar (planet, galaksi) dan objek yang sangat mikroskopis (molekul organik).

Meskipun mekanika klasik umumnya kompatibel dengan teori "klasik" lainnya seperti elektrodinamika klasik dan termodinamika, ada beberapa ketidakkonsistenan antara teori-teori ini yang ditemukan pada akhir abad ke-19. Mereka dapat diselesaikan dengan metode fisika yang lebih modern. Secara khusus, persamaan elektrodinamika klasik tidak invarian di bawah transformasi Galilea. Kecepatan cahaya memasuki mereka sebagai konstanta, yang berarti bahwa elektrodinamika klasik dan mekanika klasik hanya dapat kompatibel dalam satu kerangka acuan yang dipilih yang terkait dengan eter. Namun, verifikasi eksperimental tidak mengungkapkan keberadaan eter, yang mengarah pada penciptaan teori relativitas khusus, di mana persamaan mekanika dimodifikasi. Prinsip-prinsip mekanika klasik juga tidak sesuai dengan beberapa klaim termodinamika klasik, yang mengarah ke paradoks Gibbs, yang menurutnya tidak mungkin untuk secara akurat menentukan entropi, dan dengan bencana ultraviolet, di mana benda hitam harus memancarkan jumlah yang tak terbatas. energi. Untuk mengatasi ketidakcocokan ini, mekanika kuantum diciptakan.

Catatan

tautan internet

• Video ceramah 1. Fisika: Mekanika klasik (musim gugur 1999)// Kuliah MIT: 8.01

literatur

• Arnold V.I. Avet A. Masalah ergodik mekanika klasik - RHD, 1999. - 284 hal.
• B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf. Fisika untuk siswa sekolah menengah dan mereka yang memasuki universitas. - M.: Akademi, 2008. - 720 hal. - (Pendidikan yang lebih tinggi). - 34.000 eksemplar. - ISBN 5-7695-1040-4
• Sivukhin D.V. Mata kuliah umum fisika. - Edisi ke-5, stereotip. - M.: Fizmatlit, 2006. - T. I. Mekanika. - 560 hal. - ISBN 5-9221-0715-1
• A.N. MATVEEV Mekanika dan Teori Relativitas. - edisi ke-3. - M .: ONYX Abad ke-21: Dunia dan Pendidikan, 2003. - 432 hal. - 5000 eksemplar. - ISBN 5-329-00742-9
• C. Kittel, W. Knight, M. Ruderman Mekanika. Kursus Fisika Berkeley. - M.: Lan, 2005. - 480 hal. - (Buku teks untuk universitas). - 2000 eksemplar. - ISBN 5-8114-0644-4
• Landau, L.D., Lifshitz, E.M. Mekanika. - Edisi ke-5, stereotip. - M.:

Interaksi kedua efek ini merupakan tema utama mekanika Newton.

Konsep penting lainnya dari bagian fisika ini adalah energi, momentum, momentum sudut, yang dapat ditransfer antar objek dalam proses interaksi. Energi sistem mekanik terdiri dari energi kinetik (energi gerak) dan energi potensial (bergantung pada posisi tubuh relatif terhadap benda lain). Untuk besaran-besaran fisis ini, berlaku hukum kekekalan dasar.

1. Sejarah

Dasar-dasar mekanika klasik diletakkan oleh Galileo, serta Copernicus dan Kepler dalam mempelajari hukum gerak benda langit, dan untuk waktu yang lama mekanika dan fisika dipertimbangkan dalam konteks menggambarkan peristiwa astronomi.

Ide-ide sistem heliosentris selanjutnya diformalkan oleh Kepler dalam tiga hukum gerak benda langitnya. Secara khusus, hukum kedua Kepler menyatakan bahwa semua planet di tata surya bergerak dalam orbit elips, dengan Matahari sebagai salah satu fokusnya.

Kontribusi penting berikutnya pada fondasi mekanika klasik dibuat oleh Galileo, yang, dengan menjelajahi hukum-hukum dasar gerak mekanis benda, khususnya di bawah pengaruh gaya gravitasi, merumuskan lima hukum gerak universal.

Tapi tetap saja, kemenangan pendiri utama mekanika klasik adalah milik Isaac Newton, yang dalam karyanya "Prinsip Matematika Filsafat Alam" mensintesis konsep-konsep itu dalam fisika gerak mekanik yang dirumuskan oleh para pendahulunya. Newton merumuskan tiga hukum dasar gerak, yang dinamai menurut namanya, serta hukum gravitasi universal, yang menarik garis di bawah penelitian Galileo tentang fenomena benda jatuh bebas. Dengan demikian, gambaran baru dunia dan hukum dasarnya diciptakan untuk menggantikan gambaran Aristotelian yang sudah ketinggalan zaman.

2. Batasan mekanika klasik

Mekanika klasik memberikan hasil yang akurat untuk sistem yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Tetapi mereka menjadi salah untuk sistem yang mendekati kecepatan cahaya, di mana ia digantikan oleh mekanika relativistik, atau untuk sistem yang sangat kecil di mana hukum mekanika kuantum berlaku. Untuk sistem yang menggabungkan kedua sifat ini, teori medan kuantum relativistik diterapkan daripada mekanika klasik. Untuk sistem dengan jumlah komponen yang sangat besar, atau derajat kebebasan, mekanika klasik juga dapat memadai, tetapi metode mekanika statistik digunakan.

Mekanika klasik banyak digunakan karena, pertama, jauh lebih sederhana dan lebih mudah diterapkan daripada teori-teori yang disebutkan di atas, dan, kedua, memiliki kemungkinan besar untuk aproksimasi dan aplikasi untuk kelas objek fisik yang sangat luas, mulai dari yang biasa, seperti sebagai bagian atas yang berputar atau bola, dalam objek astronomi yang besar (planet, galaksi) dan cukup mikroskopis (molekul organik).

3. Peralatan matematika

Peralatan matematika dasar mekanika klasik- kalkulus diferensial dan integral, dikembangkan khusus untuk ini oleh Newton dan Leibniz. Dalam rumusan klasik, mekanika didasarkan pada tiga hukum Newton.

4. Penyajian dasar-dasar teori

Berikut ini adalah pemaparan tentang konsep dasar mekanika klasik. Untuk mempermudah, kita akan menggunakan konsep titik material sebagai objek yang dimensinya dapat diabaikan. Pergerakan titik material ditentukan oleh sejumlah kecil parameter: posisi, massa, dan gaya yang diterapkan padanya.

Pada kenyataannya, dimensi setiap objek yang berurusan dengan mekanika klasik tidak nol. Sebuah titik material, di sisi lain, seperti elektron, mematuhi hukum mekanika kuantum. Objek dengan dimensi bukan nol memiliki perilaku yang jauh lebih kompleks, karena keadaan internalnya dapat berubah - misalnya, bola yang bergerak juga dapat berputar. Namun demikian, dalam tubuh seperti itu hasil yang diperoleh untuk titik material dapat diterapkan, jika kita menganggapnya sebagai kumpulan dari banyak titik material yang berinteraksi. Objek kompleks seperti itu dapat berperilaku seperti titik material jika dimensinya tidak signifikan pada skala masalah fisik tertentu.

4.1. Posisi, vektor radius dan turunannya

Posisi suatu objek (titik material) ditentukan relatif terhadap suatu titik tetap dalam ruang, yang disebut titik asal. Ini dapat diberikan oleh koordinat titik ini (misalnya, dalam sistem koordinat Cartesian) atau dengan vektor radius r, ditarik dari asal ke titik itu. Pada kenyataannya, suatu titik material dapat bergerak dari waktu ke waktu, sehingga vektor radius umumnya merupakan fungsi waktu. Dalam mekanika klasik, berbeda dengan relativistik, diyakini bahwa perjalanan waktu adalah sama di semua kerangka acuan.

4.1.1. Lintasan

Lintasan adalah seperangkat semua posisi titik material yang bergerak - dalam kasus umum, itu adalah garis lengkung, yang bentuknya tergantung pada sifat pergerakan titik dan sistem referensi yang dipilih.

4.1.2. bergerak

.

Jika semua gaya yang bekerja pada sebuah partikel adalah konservatif dan V adalah energi potensial total yang diperoleh dengan menjumlahkan energi potensial semua gaya, maka

	.

Itu. energi total E=T+V disimpan dalam waktu. Ini adalah manifestasi dari salah satu hukum kekekalan fisik yang mendasar. Dalam mekanika klasik, ini dapat berguna dalam praktik, karena banyak jenis gaya di alam bersifat konservatif.

Mekanika adalah cabang fisika yang mempelajari salah satu bentuk gerak paling sederhana dan paling umum di alam, yang disebut gerak mekanik.

gerakan mekanis terdiri dalam mengubah posisi tubuh atau bagian-bagiannya relatif satu sama lain dari waktu ke waktu. Jadi gerakan mekanis dibuat oleh planet-planet yang beredar dalam orbit tertutup mengelilingi Matahari; berbagai benda bergerak di permukaan bumi; elektron bergerak di bawah pengaruh medan elektromagnetik, dll. Gerak mekanis hadir dalam bentuk materi lain yang lebih kompleks sebagai bagian integral tetapi tidak lengkap.

Bergantung pada sifat objek yang dipelajari, mekanika dibagi menjadi mekanika titik material, mekanika benda padat, dan mekanika kontinum.

Prinsip-prinsip mekanika pertama kali dirumuskan oleh I. Newton (1687) berdasarkan studi eksperimental gerak benda-benda makro dengan kecepatan kecil dibandingkan dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa (3·108 m/s).

tubuh makro disebut benda biasa yang mengelilingi kita, yaitu benda yang terdiri dari sejumlah besar molekul dan atom.

Mekanika yang mempelajari gerak benda-benda makro dengan kecepatan jauh lebih rendah daripada kecepatan cahaya dalam ruang hampa disebut klasik.

Mekanika klasik didasarkan pada ide-ide Newton berikut tentang sifat-sifat ruang dan waktu.

Setiap proses fisik berlangsung dalam ruang dan waktu. Hal ini setidaknya dapat dilihat dari kenyataan bahwa di semua bidang fenomena fisik, setiap hukum secara eksplisit atau implisit mengandung besaran ruang-waktu - jarak dan interval waktu.

Sebuah ruang yang memiliki tiga dimensi mematuhi geometri Euclidean, yaitu datar.

Jarak diukur dengan skala, properti utamanya adalah bahwa dua skala yang pernah bertepatan panjangnya selalu tetap sama satu sama lain, yaitu, mereka bertepatan dengan setiap overlay berikutnya.

Interval waktu diukur dengan jam, dan peran yang terakhir dapat dimainkan oleh sistem apa pun yang melakukan proses berulang.

Fitur utama dari ide-ide mekanika klasik tentang ukuran benda dan interval waktu adalah mereka kemutlakan: skala selalu memiliki panjang yang sama, tidak peduli bagaimana ia bergerak relatif terhadap pengamat; dua jam yang memiliki kecepatan yang sama dan sekali diluruskan satu sama lain menunjukkan waktu yang sama, tidak peduli bagaimana mereka bergerak.

Ruang dan waktu memiliki sifat yang luar biasa simetri yang memberlakukan pembatasan aliran proses tertentu di dalamnya. Sifat-sifat ini telah ditetapkan oleh pengalaman dan tampak begitu jelas pada pandangan pertama sehingga tampaknya tidak perlu untuk memilih dan menanganinya. Sementara itu, jika tidak ada simetri spasial dan temporal, tidak ada ilmu fisika yang bisa muncul atau berkembang.

Ternyata ruang itu seragam dan secara isotropik, dan waktunya adalah seragam.

Homogenitas ruang terletak pada kenyataan bahwa fenomena fisik yang sama di bawah kondisi yang sama terjadi dengan cara yang sama di berbagai bagian ruang. Oleh karena itu, semua titik ruang sama sekali tidak dapat dibedakan, memiliki hak yang sama, dan salah satunya dapat dianggap sebagai asal mula sistem koordinat. Homogenitas ruang dimanifestasikan dalam hukum kekekalan momentum.

Ruang juga memiliki isotropi: sifat yang sama ke segala arah. Isotropi ruang dimanifestasikan dalam hukum kekekalan momentum sudut.

Homogenitas waktu terletak pada kenyataan bahwa semua momen waktu juga sama, setara, yaitu jalannya fenomena identik dalam kondisi yang sama adalah sama, terlepas dari waktu implementasi dan pengamatannya.

Homogenitas waktu dimanifestasikan dalam hukum kekekalan energi.

Tanpa sifat homogenitas ini, hukum fisika yang ditetapkan di Minsk tidak akan adil di Moskow, dan hukum yang ditemukan hari ini di tempat yang sama bisa jadi tidak adil besok.

Dalam mekanika klasik, validitas hukum inersia Galileo-Newton diakui, yang menurutnya suatu benda yang tidak dikenai tindakan dari benda lain bergerak dalam garis lurus dan seragam. Hukum ini menegaskan keberadaan kerangka acuan inersia di mana hukum Newton (serta prinsip relativitas Galileo) berlaku. Prinsip relativitas Galileo menyatakan, bahwa semua kerangka acuan inersia secara mekanis setara satu sama lain, semua hukum mekanika adalah sama dalam kerangka acuan ini, atau, dengan kata lain, hukum tersebut invarian terhadap transformasi Galilea yang menyatakan hubungan ruang-waktu dari setiap peristiwa dalam kerangka acuan inersia yang berbeda. Transformasi Galilea menunjukkan bahwa koordinat peristiwa apa pun adalah relatif, yaitu, mereka memiliki nilai yang berbeda dalam sistem referensi yang berbeda; saat-saat ketika peristiwa itu terjadi adalah sama dalam sistem yang berbeda. Yang terakhir berarti bahwa waktu mengalir dengan cara yang sama dalam kerangka acuan yang berbeda. Keadaan ini tampak begitu jelas sehingga bahkan tidak disebutkan sebagai postulat khusus.

Dalam mekanika klasik, prinsip aksi jarak jauh diamati: interaksi benda-benda menyebar secara instan, yaitu dengan kecepatan tinggi yang tak terhingga.

Bergantung pada kecepatan gerak benda dan berapa ukuran benda itu sendiri, mekanika dibagi menjadi klasik, relativistik, dan kuantum.

Seperti yang telah disebutkan, hukum mekanika klasik hanya berlaku untuk gerakan benda-benda makro, yang massanya jauh lebih besar daripada massa atom, pada kecepatan rendah dibandingkan dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Mekanika relativistik menganggap gerak benda-benda makro dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Mekanika kuantum- mekanika partikel mikro yang bergerak dengan kecepatan jauh lebih rendah daripada kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

kuantum relativistik mekanika - mekanika partikel mikro yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Untuk menentukan apakah suatu partikel termasuk partikel makroskopik, apakah rumus klasik dapat diterapkan padanya, seseorang harus menggunakan Prinsip ketidakpastian Heisenberg. Menurut mekanika kuantum, partikel nyata hanya dapat dicirikan dalam posisi dan momentum dengan akurasi tertentu. Batas akurasi ini didefinisikan sebagai berikut:

di mana
X - koordinat ketidakpastian;
P x - ketidakpastian proyeksi pada sumbu momentum;
h - konstanta Planck, sama dengan 1,05·10 -34 J·s;
"≥" - lebih dari satu nilai, dari urutan ...

Mengganti momentum dengan produk massa kali kecepatan, kita dapat menulis:

Dapat dilihat dari rumus bahwa semakin kecil massa suatu partikel, semakin tidak pasti koordinat dan kecepatannya. Untuk benda makroskopik, penerapan praktis dari metode klasik untuk menggambarkan gerak tidak diragukan lagi. Misalkan, misalnya, kita berbicara tentang pergerakan bola dengan massa 1 g. Biasanya, posisi bola secara praktis dapat ditentukan dengan akurasi sepersepuluh atau seperseratus milimeter. Bagaimanapun, hampir tidak masuk akal untuk membicarakan kesalahan dalam menentukan posisi bola, yang lebih kecil dari dimensi atom. Oleh karena itu, mari kita X = 10 -10 m. Kemudian dari hubungan ketidakpastian kita temukan

Kecilnya nilai ΔX dan V x secara bersamaan adalah bukti penerapan praktis dari metode klasik untuk menggambarkan gerak benda-benda makro.

Pertimbangkan gerakan elektron dalam atom hidrogen. Massa elektron adalah 9,1 10 -31 kg. Kesalahan posisi elektron X dalam hal apa pun tidak boleh melebihi dimensi atom, yaitu, X<10 -10 м. Но тогда из соотношения неопределенностей получаем

Nilai ini bahkan lebih besar dari kecepatan elektron dalam atom, yang sama dalam urutan besarnya dengan 106 m/s. Dalam situasi ini, gambaran klasik tentang gerakan kehilangan semua maknanya.

Mekanika dibagi menjadi: kinematika, statika, dan dinamika. Kinematika menggambarkan gerakan tubuh tanpa memperhatikan penyebab yang menyebabkan gerakan tersebut; statika mempertimbangkan kondisi untuk keseimbangan benda; Dinamika mempelajari pergerakan benda sehubungan dengan sebab-sebab (interaksi antar benda) yang menentukan satu atau lain karakter gerakan.

Gerakan tubuh yang sebenarnya begitu kompleks sehingga, ketika mempelajarinya, perlu untuk mengabstraksikan dari detail yang tidak penting untuk gerakan yang sedang dipertimbangkan (jika tidak, masalahnya akan menjadi sangat rumit sehingga praktis tidak mungkin untuk menyelesaikannya). Untuk tujuan ini, konsep (abstraksi, idealisasi) digunakan, penerapannya tergantung pada sifat spesifik dari masalah yang menarik bagi kita, serta pada tingkat akurasi yang kita inginkan untuk mendapatkan hasilnya. Di antara konsep-konsep ini, yang paling penting adalah konsep titik material, sistem titik material, tubuh yang benar-benar kaku.

Titik material adalah konsep fisik yang menggambarkan gerakan translasi suatu benda, jika hanya dimensi liniernya kecil dibandingkan dengan dimensi linier benda lain dalam akurasi yang diberikan untuk menentukan koordinat tubuh, apalagi, massa tubuh dikaitkan dengan dia.

Di alam, poin material tidak ada. Satu benda yang sama, tergantung pada kondisinya, dapat dianggap sebagai titik material atau sebagai benda berdimensi berhingga. Dengan demikian, Bumi yang bergerak mengelilingi Matahari dapat dianggap sebagai titik material. Tetapi ketika mempelajari rotasi Bumi di sekitar porosnya, itu tidak lagi dapat dianggap sebagai titik material, karena sifat gerakan ini secara signifikan dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran Bumi, dan jalur yang dilalui oleh titik mana pun di permukaan bumi. permukaan dalam waktu yang sama dengan periode revolusi di sekitar porosnya, kita bandingkan dengan dimensi linier bola dunia. Sebuah pesawat dapat dianggap sebagai titik material jika kita mempelajari pergerakan pusat massanya. Tetapi jika perlu untuk memperhitungkan pengaruh lingkungan atau menentukan gaya-gaya di bagian-bagian individual pesawat, maka kita harus menganggap pesawat itu sebagai benda yang benar-benar kaku.

Benda tegar mutlak adalah benda yang deformasinya dapat diabaikan pada kondisi masalah tertentu.

Sistem poin material adalah seperangkat benda yang dipertimbangkan, yang merupakan poin material.

Studi tentang gerak sistem benda yang berubah-ubah direduksi menjadi studi tentang sistem titik-titik material yang berinteraksi. Oleh karena itu, wajar untuk memulai studi mekanika klasik dengan mekanika satu titik material, dan kemudian melanjutkan ke studi sistem titik material.