Universitas Manajemen Negeri

Institut Pembelajaran Jarak Jauh

Spesialisasi - manajemen

menurut disiplin: KSE

“Mekanika Newton adalah dasar dari deskripsi klasik alam. Tugas utama mekanika dan batasan penerapannya.

Terpenuhi

Kartu Pelajar No. 1211

Grup No.UP4-1-98/2

1. Pendahuluan.______________________________________ 3

2. Mekanika Newton._______________________________ 5

2.1. Hukum gerak Newton.________________________________________________ 5

2.1.1. Hukum I Newton.________________________________________________ 6

2.1.2. hukum kedua Newton.________________________________________________ 7

2.1.3. Hukum III Newton._________________________________________________ 8

2.2. Hukum gravitasi universal ___________________________________________ 11

2.3. Tugas utama mekanik._____________________________________________ 13

2.4. Batas penerapan.________________________________________________ 15

3. Kesimpulan.________________________________________________ 18

4. Daftar referensi._________________________ 20

Newton (1643-1727)

Dunia ini diselimuti kegelapan yang dalam.

Biarkan ada cahaya! Dan inilah Newton.

1. Perkenalan.

Konsep "fisika" berakar pada masa lalu yang dalam, dalam bahasa Yunani berarti "alam". Tugas utama ilmu ini adalah untuk menetapkan "hukum" dunia sekitarnya. Salah satu karya utama Plato, murid Aristoteles, disebut "Fisika".

Ilmu pengetahuan pada tahun-tahun tersebut bersifat natural-filosofis, yaitu berangkat dari fakta bahwa gerakan benda langit yang diamati secara langsung adalah gerakan mereka yang sebenarnya. Dari sini, ditarik kesimpulan tentang posisi sentral Bumi di Alam Semesta. Sistem ini dengan tepat mencerminkan beberapa fitur Bumi sebagai benda angkasa: fakta bahwa Bumi adalah bola, bahwa segala sesuatunya mengarah ke pusatnya. Jadi, doktrin ini sebenarnya tentang Bumi. Pada tingkat waktu itu, ia memenuhi persyaratan dasar untuk pengetahuan ilmiah. Pertama, ini menjelaskan pergerakan benda langit yang diamati dari sudut pandang terpadu dan, kedua, memungkinkan untuk menghitung posisi masa depan mereka. Pada saat yang sama, konstruksi teoretis orang Yunani kuno murni bersifat spekulatif - mereka sepenuhnya terpisah dari eksperimen.

Sistem seperti itu ada sampai abad ke-16, sampai munculnya ajaran Copernicus, yang menerima pembuktian lebih lanjut dalam fisika eksperimental Galileo, yang berpuncak pada penciptaan mekanika Newton, yang menyatukan pergerakan benda-benda langit dan benda-benda terestrial dengan kesatuan hukum gerak. Itu adalah revolusi terbesar dalam ilmu pengetahuan alam, yang menandai awal dari perkembangan ilmu pengetahuan dalam pengertian modernnya.

Galileo Galilei percaya bahwa dunia tidak terbatas dan materi adalah abadi. Dalam semua proses, tidak ada yang dihancurkan atau dihasilkan - hanya ada perubahan posisi relatif tubuh atau bagian-bagiannya. Materi terdiri dari atom yang benar-benar tidak dapat dibagi, gerakannya adalah satu-satunya gerakan mekanis universal. Benda-benda langit mirip dengan Bumi dan mematuhi hukum mekanika yang sama.

Bagi Newton, sangatlah penting untuk mengetahui dengan jelas, dengan bantuan eksperimen dan pengamatan, sifat-sifat objek yang diteliti dan untuk membangun teori berdasarkan induksi tanpa menggunakan hipotesis. Dia melanjutkan dari fakta bahwa dalam fisika sebagai ilmu eksperimental tidak ada tempat untuk hipotesis. Menyadari ketidaksempurnaan metode induktif, ia menganggapnya yang paling disukai di antara yang lain.

Baik di era kuno maupun di abad ke-17, pentingnya mempelajari pergerakan benda-benda langit diakui. Tetapi jika bagi orang Yunani kuno masalah ini lebih memiliki makna filosofis, maka untuk abad ke-17, aspek praktis lebih dominan. Perkembangan navigasi mengharuskan pengembangan tabel astronomi yang lebih akurat untuk tujuan navigasi daripada yang diperlukan untuk tujuan astrologi. Tugas utamanya adalah menentukan garis bujur, sehingga diperlukan bagi para astronom dan navigator. Untuk memecahkan masalah praktis yang penting ini, observatorium negara bagian pertama diciptakan (pada 1672, Paris, pada 1675, Greenwich). Pada intinya, ini adalah tugas untuk menentukan waktu absolut, yang jika dibandingkan dengan waktu lokal, memberikan interval waktu yang dapat diubah menjadi garis bujur. Adalah mungkin untuk menentukan waktu ini dengan mengamati pergerakan Bulan di antara bintang-bintang, serta dengan bantuan jam akurat yang diatur dalam waktu absolut dan dipegang oleh pengamat. Untuk kasus pertama, tabel yang sangat akurat diperlukan untuk memprediksi posisi benda langit, dan untuk yang kedua, mekanisme arloji yang benar-benar akurat dan andal. Bekerja di arah ini tidak berhasil. Hanya Newton yang berhasil menemukan solusi, yang, berkat penemuan hukum gravitasi universal dan tiga hukum dasar mekanika, serta kalkulus diferensial dan integral, memberikan mekanika karakter teori ilmiah integral.

2. Mekanika Newton.

Puncak dari karya ilmiah I. Newton adalah karya abadinya "The Mathematical Principles of Natural Philosophy", pertama kali diterbitkan pada tahun 1687. Di dalamnya, ia merangkum hasil yang diperoleh oleh para pendahulunya dan penelitiannya sendiri dan untuk pertama kalinya menciptakan sistem tunggal mekanika terestrial dan selestial yang harmonis, yang menjadi dasar dari semua fisika klasik. Di sini Newton memberikan definisi konsep awal - jumlah materi, setara dengan massa, kepadatan; jumlah gerak yang setara dengan momentum, dan berbagai jenis gaya. Merumuskan konsep kuantitas materi, ia melanjutkan dari gagasan bahwa atom terdiri dari beberapa materi utama tunggal; Kepadatan dipahami sebagai sejauh mana unit volume tubuh diisi dengan materi utama. Karya ini menguraikan teori gravitasi universal Newton, atas dasar itu ia mengembangkan teori gerak planet, satelit dan komet yang membentuk tata surya. Berdasarkan hukum ini, ia menjelaskan fenomena pasang surut dan kompresi Jupiter.

Konsep Newton adalah dasar bagi banyak kemajuan teknis dalam jangka waktu yang lama. Banyak metode penelitian ilmiah di berbagai bidang ilmu alam terbentuk di atas fondasinya.

2.1. hukum gerak Newton.

Jika kinematika mempelajari pergerakan benda geometris, yang tidak memiliki sifat benda material, kecuali kemampuan untuk menempati tempat tertentu dalam ruang dan mengubah posisi ini dari waktu ke waktu, maka dinamika mempelajari pergerakan benda nyata di bawah aksi. kekuatan yang diterapkan pada mereka. Tiga hukum mekanika yang ditetapkan oleh Newton mendasari dinamika dan membentuk bagian utama mekanika klasik.

Mereka dapat langsung diterapkan pada kasus gerak yang paling sederhana, ketika benda yang bergerak dianggap sebagai titik material, mis. ketika ukuran dan bentuk tubuh tidak diperhitungkan dan ketika gerakan tubuh dianggap sebagai gerakan suatu titik dengan massa. Dalam air mendidih, untuk menggambarkan pergerakan suatu titik, Anda dapat memilih sistem koordinat apa pun, yang relatif terhadap kuantitas yang menjadi ciri pergerakan ini ditentukan. Setiap tubuh yang bergerak relatif terhadap tubuh lain dapat diambil sebagai tubuh referensi. Dalam dinamika, seseorang berurusan dengan sistem koordinat inersia yang dicirikan oleh fakta bahwa titik material bebas bergerak relatif terhadapnya dengan kecepatan konstan.

2.1.1. hukum pertama Newton.

Hukum inersia pertama kali ditetapkan oleh Galileo untuk kasus gerak horizontal: ketika sebuah benda bergerak sepanjang bidang horizontal, maka geraknya seragam dan akan terus berlanjut jika bidang itu diperpanjang di ruang angkasa tanpa ujung. Newton memberikan rumusan yang lebih umum tentang hukum kelembaman sebagai hukum pertama gerak: setiap benda dalam keadaan diam atau gerak lurus beraturan sampai gaya yang bekerja padanya mengubah keadaan ini.

Dalam kehidupan, hukum ini menjelaskan kasus ketika, jika Anda berhenti menarik atau mendorong tubuh yang bergerak, kemudian berhenti, dan tidak terus bergerak dengan kecepatan konstan. Jadi mobil dengan mesin mati berhenti. Menurut hukum Newton, gaya pengereman harus bekerja pada mobil yang menggelinding dengan inersia, yang dalam praktiknya adalah hambatan udara dan gesekan ban mobil di permukaan jalan raya. Mereka memberitahu mobil percepatan negatif sampai berhenti.

Kerugian dari rumusan undang-undang ini adalah bahwa ia tidak mengandung indikasi kebutuhan untuk merujuk gerak ke sistem koordinat inersia. Faktanya adalah bahwa Newton tidak menggunakan konsep sistem koordinat inersia - sebaliknya, ia memperkenalkan konsep ruang absolut - homogen dan tidak bergerak, - yang dengannya ia menghubungkan sistem koordinat absolut tertentu, relatif terhadap kecepatan benda. bertekad. Ketika kekosongan ruang absolut sebagai sistem referensi absolut terungkap, hukum inersia mulai dirumuskan secara berbeda: sehubungan dengan sistem koordinat inersia, benda bebas mempertahankan keadaan istirahat atau gerak lurus yang seragam.

2.1.2. hukum kedua Newton.

Dalam perumusan hukum kedua, Newton memperkenalkan konsep:

Percepatan adalah besaran vektor (Newton menyebutnya momentum dan memperhitungkannya ketika merumuskan aturan jajar genjang kecepatan), yang menentukan laju perubahan kecepatan benda.

Gaya adalah besaran vektor, dipahami sebagai ukuran aksi mekanis pada tubuh oleh benda atau bidang lain, sebagai akibatnya tubuh memperoleh percepatan atau mengubah bentuk dan ukurannya.

Massa benda adalah kuantitas fisik, salah satu karakteristik utama materi, yang menentukan sifat inersia dan gravitasinya.

Hukum mekanika kedua mengatakan: gaya yang bekerja pada tubuh sama dengan produk massa tubuh dan percepatan yang diberikan oleh gaya ini. Ini adalah formulasi modernnya. Newton merumuskannya secara berbeda: perubahan momentum sebanding dengan gaya kerja yang diterapkan dan terjadi dalam arah garis lurus di mana gaya ini bekerja, dan berbanding terbalik dengan massa benda atau secara matematis:

Sangat mudah untuk mengkonfirmasi hukum ini dengan pengalaman, jika sebuah troli dipasang ke ujung pegas dan pegas dilepaskan, maka pada waktunya t kereta akan melewati jalan s 1(Gbr. 1), lalu pasang dua kereta ke pegas yang sama, mis. gandakan berat badan, dan lepaskan pegas, lalu pada saat yang sama t mereka akan pergi jalan s2, dua kali lebih kecil dari s 1 .

Hukum ini juga hanya berlaku dalam kerangka acuan inersia. Dari sudut pandang matematis, hukum pertama adalah kasus khusus dari hukum kedua, karena jika gaya resultan adalah nol, maka percepatannya juga nol. Namun, hukum pertama Newton dianggap sebagai hukum independen, karena dialah yang menegaskan keberadaan sistem inersia.

2.1.3. hukum ketiga Newton.

Hukum ketiga Newton menyatakan: selalu ada reaksi yang sama dan berlawanan untuk suatu tindakan, jika tidak, benda-benda bekerja satu sama lain dengan gaya yang diarahkan sepanjang satu garis lurus, sama besar dan berlawanan arah atau secara matematis:

Newton memperluas operasi hukum ini untuk kasus tumbukan benda, dan kasus tarik-menarik timbal balik mereka. Demonstrasi paling sederhana dari hukum ini adalah sebuah benda yang terletak pada bidang horizontal, di mana gaya gravitasi bekerja F t dan mendukung gaya reaksi tentang, berbaring pada satu garis lurus, sama nilainya dan berlawanan arah, persamaan gaya-gaya ini memungkinkan tubuh untuk diam (Gbr. 2).

Konsekuensi mengikuti dari tiga hukum dasar gerak Newton, salah satunya adalah penambahan momentum menurut aturan jajaran genjang. Percepatan suatu benda bergantung pada besaran yang mencirikan aksi benda lain pada benda tertentu, serta pada besaran yang menentukan ciri benda tersebut. Tindakan mekanis pada tubuh dari tubuh lain, yang mengubah kecepatan gerakan tubuh ini, disebut gaya. Itu dapat memiliki sifat yang berbeda (gravitasi, elastisitas, dll.). Perubahan kecepatan benda tidak tergantung pada sifat gaya, tetapi pada besarnya. Karena kecepatan dan gaya adalah vektor, aksi beberapa gaya ditambahkan sesuai dengan aturan jajaran genjang. Properti benda, di mana percepatan yang diperolehnya bergantung, adalah inersia, diukur dengan massa. Dalam mekanika klasik, berurusan dengan kecepatan yang jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya, massa adalah karakteristik tubuh itu sendiri, terlepas dari apakah itu bergerak atau tidak. Massa suatu benda dalam mekanika klasik juga tidak bergantung pada interaksi benda dengan benda lain. Sifat massa ini mendorong Newton untuk menerima massa sebagai ukuran materi dan percaya bahwa besarnya menentukan jumlah materi dalam tubuh. Dengan demikian, massa mulai dipahami sebagai jumlah materi.

Jumlah materi dapat diukur, sebanding dengan berat tubuh. Berat adalah kekuatan yang digunakan tubuh untuk bekerja pada penyangga yang mencegahnya jatuh bebas. Secara numerik, berat sama dengan produk massa tubuh dan percepatan gravitasi. Karena kompresi Bumi dan rotasi hariannya, berat badan berubah dengan garis lintang dan 0,5% lebih sedikit di khatulistiwa daripada di kutub. Karena massa dan berat sangat proporsional, ternyata memungkinkan untuk mengukur massa atau kuantitas materi secara praktis. Pemahaman bahwa berat adalah efek variabel pada tubuh mendorong Newton untuk menetapkan karakteristik internal tubuh - inersia, yang dianggapnya sebagai kemampuan bawaan tubuh untuk mempertahankan gerakan bujursangkar yang seragam sebanding dengan massa. Massa sebagai ukuran inersia dapat diukur dengan neraca, seperti yang dilakukan Newton.

Dalam keadaan tanpa bobot, massa dapat diukur dengan inersia. Pengukuran inersia adalah cara umum untuk mengukur massa. Tapi inersia dan berat adalah konsep fisik yang berbeda. Proporsionalitas mereka satu sama lain sangat nyaman dalam hal praktis - untuk mengukur massa dengan bantuan timbangan. Dengan demikian, penetapan konsep gaya dan massa, serta metode pengukurannya, memungkinkan Newton merumuskan hukum mekanika kedua.

Hukum mekanika pertama dan kedua masing-masing mengacu pada gerakan titik material atau satu benda. Dalam hal ini, hanya tindakan badan lain di badan ini yang diperhitungkan. Namun, setiap tindakan adalah interaksi. Karena dalam mekanika aksi dicirikan oleh gaya, jika satu benda bekerja pada benda lain dengan gaya tertentu, maka benda kedua bekerja pada benda pertama dengan gaya yang sama, yang menetapkan hukum mekanika ketiga. Dalam rumusan Newton, hukum mekanika ketiga hanya berlaku untuk kasus interaksi langsung gaya-gaya atau untuk perpindahan seketika dari aksi satu benda ke benda lain. Dalam hal pemindahan suatu perbuatan dalam jangka waktu tertentu, hukum ini berlaku apabila waktu pemindahan perbuatan itu dapat diabaikan.

2.2. Hukum gravitasi universal.

Diyakini bahwa inti dinamika Newton adalah konsep gaya, dan tugas utama dinamika adalah menetapkan hukum dari gerakan tertentu dan, sebaliknya, menentukan hukum gerak benda menurut gaya tertentu. Dari hukum Kepler, Newton menyimpulkan adanya gaya yang diarahkan ke Matahari, yang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak planet-planet dari Matahari. Generalisasi ide-ide yang diungkapkan oleh Kepler, Huygens, Descartes, Borelli, Hooke, Newton memberi mereka bentuk yang tepat dari hukum matematika, yang menurutnya keberadaan gaya gravitasi universal di alam, yang menentukan daya tarik benda, ditegaskan. Gaya gravitasi berbanding lurus dengan produk massa benda-benda yang gravitasi dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka, atau secara matematis:

Dimana G adalah konstanta gravitasi.

Hukum ini menjelaskan interaksi benda apa pun - hanya penting bahwa jarak antara benda cukup besar dibandingkan dengan ukurannya, ini memungkinkan kita untuk mengambil benda untuk poin material. Dalam teori gravitasi Newton, diasumsikan bahwa gaya gravitasi ditransfer dari satu benda gravitasi ke benda lain secara instan, dan tanpa perantaraan media apa pun. Hukum gravitasi universal telah menyebabkan diskusi panjang dan sengit. Ini bukan kebetulan, karena hukum ini memiliki makna filosofis yang penting. Intinya adalah bahwa sebelum Newton, tujuan menciptakan teori fisika adalah untuk mengidentifikasi dan menyajikan mekanisme fenomena fisik dalam semua detailnya. Dalam kasus di mana ini tidak dapat dilakukan, argumen diajukan tentang apa yang disebut "kualitas tersembunyi", yang tidak dapat menerima interpretasi terperinci. Bacon dan Descartes menyatakan referensi ke "kualitas tersembunyi" menjadi tidak ilmiah. Descartes percaya bahwa adalah mungkin untuk memahami esensi dari fenomena alam hanya jika itu dibayangkan secara visual. Dengan demikian, ia mewakili fenomena gravitasi dengan bantuan pusaran halus. Dalam konteks meluasnya penggunaan ide-ide semacam itu, hukum gravitasi universal Newton, meskipun faktanya menunjukkan korespondensi pengamatan astronomi yang dibuat berdasarkan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya, dipertanyakan dengan alasan bahwa daya tarik timbal balik benda-benda sangat mirip. doktrin bergerak tentang "kualitas tersembunyi". Dan meskipun Newton menetapkan fakta keberadaannya berdasarkan analisis matematis dan data eksperimen, analisis matematis belum menjadi mapan di benak para peneliti sebagai metode yang cukup andal. Tetapi keinginan untuk membatasi penelitian fisik pada fakta-fakta yang tidak mengklaim sebagai kebenaran absolut memungkinkan Newton untuk menyelesaikan pembentukan fisika sebagai ilmu independen dan memisahkannya dari filsafat alam dengan klaimnya sebagai pengetahuan absolut.

Dalam hukum gravitasi universal, sains menerima contoh hukum alam sebagai aturan yang benar-benar tepat yang berlaku di mana-mana, tanpa kecuali, dengan konsekuensi yang ditentukan secara tepat. Hukum ini dimasukkan oleh Kant dalam filsafatnya, di mana alam direpresentasikan sebagai ranah kebutuhan sebagai lawan moralitas - ranah kebebasan.

Konsep fisika Newton adalah semacam pencapaian puncak fisika abad ke-17. Pendekatan statis terhadap alam semesta telah digantikan oleh pendekatan dinamis. Metode penelitian eksperimental-matematis, yang memungkinkan untuk memecahkan banyak masalah fisika abad ke-17, ternyata cocok untuk memecahkan masalah fisik selama dua abad berikutnya.

2.3. Tugas utama mekanik.

Hasil pengembangan mekanika klasik adalah penciptaan gambaran mekanis terpadu dunia, di mana seluruh keragaman kualitatif dunia dijelaskan oleh perbedaan pergerakan benda, tunduk pada hukum mekanika Newton. Menurut gambaran mekanis dunia, jika fenomena fisik dunia dapat dijelaskan berdasarkan hukum mekanika, maka penjelasan seperti itu diakui sebagai ilmiah. Mekanika Newton dengan demikian menjadi dasar gambaran mekanis dunia yang mendominasi hingga revolusi ilmiah pada pergantian abad ke-19 dan ke-20.

Mekanika Newton, berbeda dengan konsep mekanik sebelumnya, memungkinkan untuk memecahkan masalah setiap tahap gerakan, baik sebelum dan sesudahnya, dan pada titik mana pun di ruang angkasa dengan fakta yang diketahui yang menentukan gerakan ini, serta masalah kebalikan dari penentuan besar dan arah faktor-faktor ini pada setiap titik dengan elemen dasar gerak yang diketahui. Karena itu, mekanika Newton dapat digunakan sebagai metode untuk analisis kuantitatif gerak mekanik. Setiap fenomena fisik dapat dipelajari sebagai, terlepas dari faktor-faktor yang menyebabkannya. Misalnya, Anda dapat menghitung kecepatan satelit Bumi: Untuk mempermudah, mari cari kecepatan satelit dengan orbit yang sama dengan jari-jari Bumi (Gbr. 3). Dengan akurasi yang cukup, kita dapat menyamakan percepatan satelit dengan percepatan jatuh bebas di permukaan bumi:

Di sisi lain, percepatan sentripetal satelit.

di mana . Kecepatan ini disebut kecepatan kosmik pertama. Benda dengan massa apa pun, yang kecepatannya akan dikomunikasikan, akan menjadi satelit Bumi.

Hukum mekanika Newton menghubungkan gaya bukan dengan gerak, tetapi dengan perubahan gerak. Hal ini memungkinkan untuk meninggalkan gagasan tradisional bahwa kekuatan diperlukan untuk mempertahankan gerakan, dan untuk mengalihkan gesekan, yang membuat kekuatan diperlukan dalam mekanisme operasi untuk mempertahankan gerakan, ke peran sekunder. Setelah menetapkan pandangan dinamis tentang dunia alih-alih pandangan statis tradisional, Newton menjadikan dinamikanya sebagai dasar fisika teoretis. Meskipun Newton berhati-hati dalam interpretasi mekanis dari fenomena alam, ia masih menganggap perlu untuk menyimpulkan fenomena alam lainnya dari prinsip-prinsip mekanika. Pengembangan lebih lanjut fisika mulai dilakukan ke arah pengembangan lebih lanjut dari peralatan mekanika dalam kaitannya dengan solusi masalah tertentu, ketika mereka dipecahkan, gambaran mekanis dunia diperkuat.

2.4. Batasan penerapan.

Sebagai hasil dari perkembangan fisika pada awal abad ke-20, ruang lingkup mekanika klasik ditentukan: hukumnya berlaku untuk gerakan yang kecepatannya jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya. Ditemukan bahwa dengan meningkatnya kecepatan, berat badan meningkat. Secara umum, hukum mekanika klasik Newton berlaku untuk kasus kerangka acuan inersia. Dalam kasus kerangka acuan non-inersia, situasinya berbeda. Dengan gerak dipercepat dari sistem koordinat non-inersia relatif terhadap sistem inersia, hukum pertama Newton (hukum inersia) tidak terjadi dalam sistem ini - benda bebas di dalamnya akan mengubah kecepatan gerakannya dari waktu ke waktu.

Inkonsistensi pertama dalam mekanika klasik terungkap ketika dunia mikro ditemukan. Dalam mekanika klasik, perpindahan dalam ruang dan penentuan kecepatan dipelajari terlepas dari bagaimana perpindahan ini direalisasikan. Berkenaan dengan fenomena dunia mikro, situasi seperti itu, ternyata, pada prinsipnya tidak mungkin. Di sini lokalisasi spatio-temporal yang mendasari kinematika hanya mungkin untuk beberapa kasus tertentu, yang bergantung pada kondisi gerak dinamis tertentu. Pada skala makro, penggunaan kinematika cukup dapat diterima. Untuk skala mikro, di mana peran utama adalah kuanta, kinematika, yang mempelajari gerak terlepas dari kondisi dinamis, kehilangan maknanya.

Untuk skala dunia mikro, hukum kedua Newton ternyata tidak dapat dipertahankan - hanya berlaku untuk fenomena skala besar. Ternyata upaya untuk mengukur kuantitas apa pun yang mencirikan sistem yang sedang dipelajari memerlukan perubahan tak terkendali dalam kuantitas lain yang mencirikan sistem ini: jika upaya dilakukan untuk menetapkan posisi dalam ruang dan waktu, ini mengarah pada perubahan tak terkendali dalam kuantitas konjugasi yang sesuai. , yang menentukan sistem keadaan dinamis. Dengan demikian, tidak mungkin untuk secara akurat mengukur dua besaran yang saling konjugasi pada waktu yang sama. Semakin tepat nilai satu kuantitas yang mencirikan sistem ditentukan, semakin tidak pasti nilai kuantitas konjugasinya. Keadaan ini menyebabkan perubahan signifikan dalam pandangan tentang pemahaman tentang sifat sesuatu.

Perbedaan dalam mekanika klasik berangkat dari fakta bahwa masa depan dalam arti tertentu sepenuhnya terkandung di masa sekarang - ini menentukan kemungkinan memprediksi secara akurat perilaku sistem pada saat waktu mendatang. Kemungkinan ini menawarkan penentuan simultan besaran yang saling konjugasi. Di bidang dunia mikro, ini ternyata tidak mungkin, yang memperkenalkan perubahan signifikan dalam pemahaman tentang kemungkinan tinjauan ke masa depan dan hubungan fenomena alam: karena nilai kuantitas yang mencirikan keadaan sistem pada titik tertentu di waktu hanya dapat ditentukan dengan tingkat ketidakpastian tertentu, maka kemungkinan memprediksi secara akurat nilai-nilai besaran ini pada periode berikutnya dikecualikan. seseorang hanya dapat memprediksi kemungkinan memperoleh nilai-nilai tertentu.

Penemuan lain yang mengguncang dasar mekanika klasik adalah penciptaan teori medan. Mekanika klasik mencoba mereduksi semua fenomena alam menjadi gaya yang bekerja di antara partikel-partikel materi - konsep cairan listrik didasarkan pada ini. Dalam kerangka konsep ini, hanya zat dan perubahannya yang nyata - di sini deskripsi aksi dua muatan listrik dengan bantuan konsep yang terkait dengannya diakui sebagai yang paling penting. Deskripsi medan antara tuduhan-tuduhan ini, dan bukan tuduhan itu sendiri, sangat penting untuk memahami tindakan tuduhan. Berikut adalah contoh sederhana pelanggaran hukum ketiga Newton dalam kondisi seperti ini: jika partikel bermuatan bergerak menjauh dari konduktor yang dilalui arus, dan karenanya medan magnet dibuat di sekitarnya, maka gaya yang dihasilkan bekerja dari partikel bermuatan pada konduktor tersebut. konduktor dengan arus tepat nol.

Realitas baru yang diciptakan tidak memiliki tempat dalam gambaran mekanis dunia. Akibatnya, fisika mulai berurusan dengan dua realitas - materi dan medan. Jika fisika klasik didasarkan pada konsep materi, maka dengan pengungkapan realitas baru, gambaran fisik dunia harus direvisi. Upaya untuk menjelaskan fenomena elektromagnetik dengan bantuan eter ternyata tidak dapat dipertahankan. Eter belum ditemukan secara eksperimental. Hal ini menyebabkan terciptanya teori relativitas, yang memaksa kita untuk mempertimbangkan kembali gagasan tentang ruang dan waktu yang merupakan karakteristik fisika klasik. Jadi, dua konsep - teori kuanta dan teori relativitas - menjadi dasar bagi konsep fisika baru.

3. Kesimpulan.

Kontribusi Newton untuk pengembangan ilmu pengetahuan alam adalah ia memberikan metode matematika untuk mengubah hukum fisika menjadi hasil yang terukur secara kuantitatif yang dapat dikonfirmasi dengan pengamatan, dan, sebaliknya, menurunkan hukum fisika dari pengamatan tersebut. Seperti yang dia sendiri tulis dalam kata pengantar "Prinsip", "... kami mengusulkan pekerjaan ini sebagai dasar matematika fisika. Seluruh kesulitan fisika ... terletak pada mengenali kekuatan alam oleh fenomena gerak, dan kemudian menggunakan kekuatan-kekuatan ini untuk menjelaskan fenomena lainnya ... Akan diinginkan untuk menurunkan dari prinsip-prinsip mekanik seluruh fenomena alam, berdebat dengan cara yang sama, karena banyak hal membuat saya mengira semua fenomena ini adalah ditentukan oleh kekuatan-kekuatan tertentu yang dengannya partikel-partikel benda, karena alasan yang masih belum diketahui, atau cenderung satu sama lain dan membelah menjadi angka-angka yang teratur, atau saling tolak-menolak dan menjauh satu sama lain.Karena kekuatan-kekuatan ini tidak diketahui, sampai sekarang upaya para filsuf untuk menjelaskan fenomena alam tetap sia-sia. Namun, saya berharap cara penalaran ini, atau cara lain yang lebih tepat, alasan yang dikemukakan di sini akan memberikan penerangan."

Metode Newtonian telah menjadi alat utama untuk memahami alam. Hukum mekanika klasik dan metode analisis matematis menunjukkan keefektifannya. Eksperimen fisik, yang mengandalkan teknik pengukuran, memastikan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Pengetahuan fisik semakin menjadi dasar teknologi dan teknologi industri, mendorong berkembangnya ilmu-ilmu alam lainnya. Dalam fisika, cahaya, listrik, magnet, dan panas yang sebelumnya terisolasi disatukan dalam teori elektromagnetik. Dan meskipun sifat gravitasi tetap tidak dapat dijelaskan, efeknya dapat dihitung. Konsep determinisme mekanistik Laplace didirikan, berdasarkan kemungkinan untuk secara unik menentukan perilaku sistem setiap saat, dengan kondisi awal yang diketahui. Struktur mekanika sebagai ilmu tampak kokoh, andal, dan hampir sepenuhnya lengkap - mis. fenomena yang tidak sesuai dengan kanon klasik yang ada, yang harus dihadapi, tampaknya cukup dapat dijelaskan di masa depan oleh pikiran yang lebih canggih dari sudut pandang mekanika klasik. Seseorang mendapat kesan bahwa pengetahuan fisika hampir selesai sepenuhnya - kekuatan yang begitu kuat ditunjukkan oleh dasar fisika klasik.

4. Daftar referensi.

1. Karpenkov S.Kh. Konsep dasar ilmu alam. M.: UNITI, 1998.

2. Newton dan masalah filosofis fisika abad XX. Sebuah tim penulis, ed. M.D. Akhundova, S.V. Ilarionov. M.: Nauka, 1991.

3. Gursky I.P. fisika dasar. Moskow: Nauka, 1984.

4. Ensiklopedia Besar Soviet dalam 30 volume. Ed. Prokhorova A.M., edisi ke-3, M., ensiklopedia Soviet, 1970.

5. Dorfman Ya.G. Sejarah dunia fisika dari awal abad ke-19 hingga pertengahan abad ke-20. M, 1979.

S. Marshak, Op. dalam 4 volume, Moscow, Goslitizdat, 1959, v. 3, p. 601

Cit. Dikutip dari: Bernal J. Science dalam sejarah masyarakat. M., 1956.S.265

Mekanika adalah studi tentang keseimbangan dan pergerakan benda (atau bagian-bagiannya) dalam ruang dan waktu. Gerak mekanis adalah yang paling sederhana dan sekaligus (bagi manusia) bentuk paling umum dari keberadaan materi. Oleh karena itu, mekanika menempati tempat yang sangat penting dalam ilmu alam dan merupakan subbagian utama fisika. Ini secara historis muncul dan terbentuk sebagai ilmu lebih awal dari subbagian lain dari ilmu alam.

Mekanika meliputi statika, kinematika, dan dinamika. Dalam statika, kondisi keseimbangan benda dipelajari, dalam kinematika - pergerakan benda dari sudut pandang geometris, mis. tanpa memperhitungkan aksi kekuatan, tetapi dalam dinamika - dengan mempertimbangkan kekuatan-kekuatan ini. Statika dan kinematika sering dianggap sebagai pengantar dinamika, meskipun mereka juga memiliki signifikansi independen.

Sampai sekarang, yang dimaksud dengan mekanika adalah mekanika klasik, yang konstruksinya selesai pada awal abad ke-20. Dalam kerangka fisika modern, ada dua mekanika lagi - kuantum dan relativistik. Tetapi secara lebih rinci kami akan mempertimbangkan mekanika klasik.

Mekanika klasik menganggap gerakan benda dengan kecepatan jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya. Menurut teori relativitas khusus, untuk benda yang bergerak dengan kecepatan tinggi mendekati kecepatan cahaya, tidak ada waktu dan ruang absolut. Oleh karena itu, sifat interaksi benda menjadi lebih rumit, khususnya massa benda, ternyata, tergantung pada kecepatan gerakannya. Semua ini adalah subjek pertimbangan mekanika relativistik, di mana konstanta kecepatan cahaya memainkan peran mendasar.

Mekanika klasik didasarkan pada hukum dasar berikut.

prinsip relativitas 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. Prinsip ini juga dapat dirumuskan sebagai tidak adanya sistem referensi absolut, yaitu sistem referensi yang entah bagaimana dibedakan relatif terhadap yang lain.

Tiga hukum Newton adalah dasar dari mekanika klasik.

• 1. Setiap benda material mempertahankan keadaan istirahat atau gerak lurus yang seragam sampai tumbukan dari benda lain membuatnya mengubah keadaan ini. Keinginan tubuh untuk mempertahankan keadaan istirahat atau gerak lurus yang seragam disebut inersia. Oleh karena itu, hukum pertama disebut juga hukum inersia.
• 2. Percepatan yang diperoleh benda berbanding lurus dengan gaya yang bekerja pada benda, dan berbanding terbalik dengan massa benda.
• 3. Gaya-gaya yang dengannya benda-benda yang berinteraksi bekerja satu sama lain adalah sama besarnya dan berlawanan arah.

Kita tahu hukum kedua Newton dalam bentuk

hukum mekanika klasik ilmu alam

F \u003d m H a, atau a \u003d F / m,

dimana percepatan a yang diterima oleh benda di bawah aksi gaya F berbanding terbalik dengan massa benda m.

Hukum pertama dapat diperoleh dari yang kedua, karena tanpa adanya gaya lain yang bekerja pada benda, percepatannya juga nol. Namun, hukum pertama dianggap sebagai hukum yang berdiri sendiri, karena menyatakan adanya kerangka acuan inersia. Dalam formulasi matematika, hukum kedua Newton paling sering ditulis dalam bentuk berikut:

di mana adalah vektor gaya yang dihasilkan yang bekerja pada tubuh; - vektor percepatan tubuh; m -- berat badan.

Hukum ketiga Newton menentukan beberapa sifat dari konsep gaya yang diperkenalkan dalam hukum kedua. Dia mendalilkan kehadiran untuk setiap gaya yang bekerja pada benda pertama dari benda kedua, sama besarnya dan berlawanan arah dengan gaya yang bekerja pada benda kedua dari benda pertama. Kehadiran hukum ketiga Newton memastikan terpenuhinya hukum kekekalan momentum untuk suatu sistem benda.

Hukum kekekalan momentum

Hukum ini merupakan konsekuensi dari hukum Newton untuk sistem tertutup, yaitu sistem yang tidak terpengaruh oleh gaya eksternal atau tindakan gaya eksternal dikompensasi dan gaya yang dihasilkan adalah nol. Dari sudut pandang yang lebih mendasar, ada hubungan antara hukum kekekalan momentum dan homogenitas ruang, yang diungkapkan oleh teorema Noether.

Hukum kekekalan energi

Hukum kekekalan energi merupakan konsekuensi dari hukum Newton untuk sistem konservatif tertutup, yaitu sistem di mana hanya gaya konservatif yang bekerja. Energi yang diberikan oleh satu tubuh ke tubuh lain selalu sama dengan energi yang diterima oleh tubuh lainnya. Untuk mengukur proses pertukaran energi antara benda-benda yang berinteraksi dalam mekanika, konsep kerja gaya yang menyebabkan gerakan diperkenalkan. Gaya yang menyebabkan benda bergerak melakukan kerja, dan energi benda yang bergerak bertambah dengan jumlah kerja yang dikeluarkan. Seperti yang Anda ketahui, sebuah benda bermassa m yang bergerak dengan kecepatan v memiliki energi kinetik

Energi potensial adalah energi mekanik suatu sistem benda yang berinteraksi melalui medan gaya, misalnya melalui gaya gravitasi. Usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya ini ketika memindahkan benda dari satu posisi ke posisi lain tidak bergantung pada lintasan gerak, tetapi hanya bergantung pada posisi awal dan akhir benda dalam medan gaya. Gaya gravitasi adalah gaya konservatif, dan energi potensial benda bermassa m yang diangkat ke ketinggian h di atas permukaan bumi sama dengan

E keringat = mgh,

dimana g adalah percepatan jatuh bebas.

Energi mekanik total sama dengan jumlah energi kinetik dan energi potensial.

Kemunculan mekanika klasik merupakan awal dari transformasi fisika menjadi ilmu yang ketat, yaitu sistem pengetahuan yang menegaskan kebenaran, objektivitas, validitas dan verifiabilitas baik prinsip awal maupun kesimpulan akhir. Kemunculan ini terjadi pada abad XVI-XVII dan dikaitkan dengan nama Galileo Galilei, Rene Descartes dan Isaac Newton. Merekalah yang melakukan "matematisasi" alam dan meletakkan dasar bagi pandangan eksperimental-matematis alam. Mereka mempresentasikan alam sebagai sekumpulan titik "materi" yang memiliki sifat spasial-geometris (bentuk), kuantitatif-matematis (angka, besaran), dan mekanik (gerak) serta hubungan sebab-akibat terkait yang dapat diekspresikan dalam persamaan matematis.

Awal transformasi fisika menjadi ilmu yang ketat diletakkan oleh G. Galileo. Galileo merumuskan sejumlah prinsip dasar dan hukum mekanika. Yaitu:

- prinsip inersia, yang menurutnya, ketika sebuah benda bergerak di sepanjang bidang horizontal tanpa menghadapi hambatan apa pun terhadap gerakan, maka gerakannya seragam dan akan terus berlanjut jika bidang itu diperpanjang di ruang angkasa tanpa ujung;

- prinsip relativitas, yang menurutnya dalam sistem inersia semua hukum mekanika adalah sama dan tidak mungkin, berada di dalam, untuk menentukan apakah ia bergerak dalam garis lurus dan beraturan atau diam;

- prinsip konservasi kecepatan dan pelestarian interval spasial dan temporal selama transisi dari satu sistem inersia ke yang lain. Itu terkenal Transformasi Galilea.

Mekanika menerima pandangan holistik dari sistem yang terorganisir secara logis-matematis dari konsep dasar, prinsip dan hukum dalam karya Isaac Newton. Pertama-tama, dalam karya "Prinsip Matematika Filsafat Alam" Dalam karya ini, Newton memperkenalkan konsep: bobot, atau jumlah materi, kelembaman, atau properti tubuh untuk menahan perubahan keadaan istirahat atau gerak, beratnya, sebagai ukuran massa, memaksa, atau tindakan yang dilakukan pada benda untuk mengubah keadaannya.

Newton membedakan antara ruang dan waktu absolut (benar, matematis), yang tidak bergantung pada benda-benda di dalamnya dan selalu sama dengan dirinya sendiri, dan ruang dan waktu relatif - bagian ruang yang bergerak dan durasi waktu yang dapat diukur.

Tempat khusus dalam konsep Newton ditempati oleh doktrin gravitasi atau gravitasi, di mana ia menggabungkan gerakan benda-benda "surgawi" dan duniawi. Ajaran ini mencakup pernyataan:

Gravitasi suatu benda sebanding dengan jumlah materi atau massa yang terkandung di dalamnya;

Gravitasi sebanding dengan massa;

Gravitasi atau gravitasi dan ada gaya yang bekerja antara bumi dan bulan dalam perbandingan terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya;

Gaya gravitasi ini bekerja di antara semua benda material pada jarak tertentu.

Mengenai sifat gaya gravitasi, Newton berkata: "Saya tidak menciptakan hipotesis."

Mekanika Galileo-Newton, yang dikembangkan dalam karya D. Alambert, Lagrange, Laplace, Hamilton ... akhirnya menerima bentuk harmonis yang menentukan gambaran fisik dunia saat itu. Gambaran ini didasarkan pada prinsip-prinsip identitas diri dari tubuh fisik; kemandiriannya dari ruang dan waktu; determinisme, yaitu, hubungan sebab-akibat yang tegas dan tegas antara keadaan tubuh fisik tertentu; reversibilitas semua proses fisik.

Termodinamika.

Studi tentang proses perubahan panas menjadi kerja dan sebaliknya, yang dilakukan pada abad ke-19 oleh S. Kalno, R. Mayer, D. Joule, G. Hemholtz, R. Clausius, W. Thomson (Lord Kelvin), menghasilkan kesimpulan tentang yang R. Mayer menulis: "Gerakan, panas ..., listrik adalah fenomena yang diukur satu sama lain dan melewati satu sama lain menurut hukum tertentu." Gemholtz menggeneralisasi pernyataan Mayer ke dalam kesimpulan: "Jumlah kekuatan tegang dan hidup yang ada di alam adalah konstan." William Thomson menyempurnakan konsep "gaya hidup dan kuat" menjadi konsep energi potensial dan kinetik, mendefinisikan energi sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. R. Clausius merangkum ide-ide ini dalam rumusan: "Energi dunia adalah konstan." Jadi, dengan upaya bersama komunitas fisikawan, dasar untuk semua fisik pengetahuan tentang hukum kekekalan dan transformasi energi.

Studi tentang proses konservasi dan transformasi energi mengarah pada penemuan hukum lain - hukum kenaikan entropi. "Transisi panas dari tubuh yang lebih dingin ke yang lebih hangat," tulis Clausius, "tidak dapat terjadi tanpa kompensasi." Ukuran kemampuan panas untuk mengubah Clausius disebut entropi. Esensi entropi dinyatakan dalam kenyataan bahwa dalam setiap sistem yang terisolasi, proses harus berjalan ke arah mengubah semua jenis energi menjadi panas sambil menyamakan perbedaan suhu yang ada dalam sistem. Ini berarti bahwa proses fisik yang nyata berlangsung secara ireversibel. Prinsip yang menegaskan kecenderungan entropi ke maksimum disebut hukum kedua termodinamika. Hukum pertama adalah hukum kekekalan dan transformasi energi.

Prinsip peningkatan entropi menimbulkan sejumlah masalah untuk pemikiran fisik: hubungan antara reversibilitas dan ireversibilitas proses fisik, formalitas konservasi energi, yang tidak mampu melakukan pekerjaan dengan homogenitas suhu benda. Semua ini membutuhkan pembuktian yang lebih dalam dari prinsip-prinsip termodinamika. Pertama-tama, sifat panas.

Upaya pembenaran semacam itu dilakukan oleh Ludwig Boltzmann, yang mengandalkan konsep molekul-atom dari sifat panas, sampai pada kesimpulan bahwa statistik sifat hukum kedua termodinamika, karena karena banyaknya molekul yang membentuk benda makroskopik, dan kecepatan ekstrem serta keacakan gerakannya, kita hanya mengamati nilai rata-rata. Penentuan nilai rata-rata adalah masalah teori probabilitas. Pada kesetimbangan suhu maksimum, kekacauan gerakan molekul juga maksimum, di mana urutan apa pun menghilang. Timbul pertanyaan: dapatkah dan, jika demikian, bagaimana, dari kekacauan dapat muncul kembali keteraturan? Fisika akan dapat menjawab ini hanya dalam seratus tahun, dengan memperkenalkan prinsip simetri dan prinsip sinergi.

Elektrodinamika.

Pada pertengahan abad ke-19, fisika fenomena listrik dan magnet telah mencapai penyelesaian tertentu. Sejumlah hukum terpenting Coulomb, hukum Ampere, hukum induksi elektromagnetik, hukum arus searah, dll., telah ditemukan. Semua hukum ini didasarkan pada prinsip jarak jauh. Pengecualian adalah pandangan Faraday, yang percaya bahwa aksi listrik ditransmisikan melalui media terus menerus, yaitu atas dasar prinsip jarak pendek. Berdasarkan ide Faraday, fisikawan Inggris J. Maxwell memperkenalkan konsep medan elektromagnetik dan menggambarkan keadaan materi yang "ditemukan" olehnya dalam persamaannya. "... Medan elektromagnetik," tulis Maxwell, "adalah bagian dari ruang yang berisi dan mengelilingi benda-benda yang berada dalam keadaan listrik atau magnet." Dengan menggabungkan persamaan medan elektromagnetik, Maxwell memperoleh persamaan gelombang, yang menyiratkan keberadaan gelombang elektromagnetik, yang kecepatan rambatnya di udara sama dengan kecepatan cahaya. Keberadaan gelombang elektromagnetik tersebut secara eksperimental dikonfirmasi oleh fisikawan Jerman Heinrich Hertz pada tahun 1888.

Untuk menjelaskan interaksi gelombang elektromagnetik dengan materi, fisikawan Jerman Hendrik Anton Lorenz mengajukan hipotesis tentang keberadaan elektron, yaitu, partikel kecil bermuatan listrik, yang hadir dalam jumlah besar di semua benda berbobot. Hipotesis ini menjelaskan fenomena pemisahan garis spektrum dalam medan magnet yang ditemukan pada tahun 1896 oleh fisikawan Jerman Zeeman. Pada tahun 1897, Thomson secara eksperimental mengkonfirmasi keberadaan partikel atau elektron bermuatan negatif terkecil.

Jadi, dalam kerangka fisika klasik, gambaran dunia yang agak harmonis dan lengkap muncul, menggambarkan dan menjelaskan gerak, gravitasi, panas, listrik dan magnet, dan cahaya. Ini memberi Lord Kelvin (Thomson) alasan untuk mengatakan bahwa bangunan fisika praktis dibangun, hanya beberapa detail yang hilang...

Pertama, ternyata persamaan Maxwell adalah non-invarian di bawah transformasi Galilea. Kedua, teori eter, sebagai sistem koordinat mutlak, yang persamaan Maxwellnya "terlampir", belum menemukan konfirmasi eksperimental. Eksperimen Michelson-Morley menunjukkan bahwa tidak ada ketergantungan kecepatan cahaya pada arah dalam sistem koordinat yang bergerak Tidak. Hendrik Lorentz, seorang pendukung pelestarian persamaan Maxwell, setelah "melampirkan" persamaan ini ke eter sebagai kerangka acuan absolut, mengorbankan prinsip relativitas Galileo, transformasinya, dan merumuskan transformasinya sendiri. Ini mengikuti dari transformasi G. Lorentz bahwa interval spasial dan temporal adalah non-invarian dalam transisi dari satu kerangka acuan inersia ke yang lain. Semuanya akan baik-baik saja, tetapi keberadaan media absolut - eter, tidak dikonfirmasi, seperti yang dicatat, secara eksperimental. Ini adalah krisis.

fisika non klasik. Teori relativitas khusus.

Menggambarkan logika penciptaan teori relativitas khusus, Albert Einstein menulis dalam buku bersama dengan L. Infeld: "Sekarang mari kita kumpulkan fakta-fakta yang telah cukup diverifikasi oleh pengalaman, tidak lagi mengkhawatirkan masalah eter:

1. Kecepatan cahaya di ruang kosong selalu konstan, terlepas dari pergerakan sumber cahaya atau penerima.

2. Dalam dua sistem koordinat yang bergerak lurus dan relatif seragam satu sama lain, semua hukum alam benar-benar sama, dan tidak ada cara untuk mendeteksi gerakan lurus dan seragam absolut ...

Posisi pertama mengungkapkan keteguhan kecepatan cahaya, yang kedua menggeneralisasikan prinsip relativitas Galileo, yang diformulasikan untuk fenomena mekanis, untuk segala sesuatu yang terjadi di alam. Transformasi Galilea, karena bertentangan dengan keteguhan kecepatan cahaya, dan menempatkan awal teori relativitas khusus. Untuk dua prinsip yang diterima: keteguhan kecepatan cahaya dan kesetaraan semua kerangka acuan inersia, Einstein menambahkan prinsip invarian semua hukum alam sehubungan dengan transformasi H. Lorentz. Oleh karena itu, hukum yang sama berlaku di semua kerangka inersia, dan transisi dari satu sistem ke sistem lain diberikan oleh transformasi Lorentz, yang berarti bahwa ritme jam yang bergerak dan panjang batang yang bergerak tergantung pada kecepatan: batang akan menyusut menjadi nol jika kecepatannya mencapai kecepatan cahaya, dan ritme jam yang bergerak melambat, jam akan berhenti sepenuhnya jika dapat bergerak dengan sk kobaran cahaya.

Dengan demikian, waktu, ruang, gerak absolut Newton, yang, seolah-olah, tidak tergantung pada benda yang bergerak dan keadaannya, dihilangkan dari fisika.

Teori relativitas umum.

Dalam buku yang telah dikutip, Einstein bertanya: "Dapatkah kita merumuskan hukum fisika sedemikian rupa sehingga berlaku untuk semua sistem koordinat, tidak hanya untuk sistem yang bergerak lurus dan seragam, tetapi juga untuk sistem yang bergerak sepenuhnya secara acak terhadap satu sama lain? " . Dan dia menjawab: "Ternyata itu mungkin."

Setelah kehilangan "kemandirian" mereka dari benda-benda yang bergerak dan dari satu sama lain dalam teori relativitas khusus, ruang dan waktu, seolah-olah, "menemukan" satu sama lain dalam kontinum empat dimensi ruang-waktu tunggal. Penulis kontinum, ahli matematika Hermann Minkowski, menerbitkan pada tahun 1908 karya "Foundations of the Theory of Electromagnetic Processes", di mana ia berpendapat bahwa selanjutnya ruang itu sendiri dan waktu itu sendiri harus direduksi menjadi peran bayangan, dan hanya beberapa jenis hubungan keduanya tetap harus menjaga independensi. A. Ide Einstein adalah untuk mewakili semua hukum fisika sebagai properti kontinum ini seperti itu metrik. Dari posisi baru ini, Einstein mempertimbangkan hukum gravitasi Newton. Alih-alih gaya gravitasi dia mulai beroperasi medan gravitasi. Medan gravitasi dimasukkan dalam kontinum ruang-waktu sebagai "kelengkungannya". Metrik kontinum menjadi metrik "Riemannian" non-Euclidean. "Kelengkungan" kontinum mulai dianggap sebagai hasil dari distribusi massa yang bergerak di dalamnya. Teori baru menjelaskan lintasan rotasi Merkurius mengelilingi Matahari, yang tidak konsisten dengan hukum gravitasi Newton, serta pembelokan berkas cahaya bintang yang melintas di dekat Matahari.

Dengan demikian, konsep "sistem koordinat inersia" dihilangkan dari fisika dan pernyataan umum prinsip relativitas: sistem koordinat apa pun sama-sama cocok untuk menggambarkan fenomena alam.

Mekanika kuantum.

Yang kedua, menurut Lord Kelvin (Thomson), elemen yang hilang untuk melengkapi pembangunan fisika pada pergantian abad ke-19-20 adalah ketidaksesuaian yang serius antara teori dan eksperimen dalam studi hukum-hukum radiasi termal dari suatu benda yang benar-benar hitam. tubuh. Menurut teori yang berlaku, itu harus terus menerus, kontinu. Namun, ini mengarah pada kesimpulan paradoks, seperti fakta bahwa energi total yang dipancarkan oleh benda hitam pada suhu tertentu sama dengan tak terhingga (rumus Rayleigh-Gene). Untuk memecahkan masalah tersebut, fisikawan Jerman Max Planck mengajukan hipotesis pada tahun 1900 bahwa materi tidak dapat memancarkan atau menyerap energi kecuali dalam porsi terbatas (kuanta) yang sebanding dengan frekuensi yang dipancarkan (atau diserap). Energi satu bagian (kuantum) E=hn, di mana n adalah frekuensi radiasi, dan h adalah konstanta universal. Hipotesis Planck digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan efek fotolistrik. Einstein memperkenalkan konsep kuantum cahaya atau foton. Dia juga menyarankan bahwa lampu, menurut rumus Planck, memiliki sifat gelombang dan kuantum. Dalam komunitas fisikawan, mereka mulai berbicara tentang dualitas gelombang-partikel, terutama sejak tahun 1923 ditemukan fenomena lain yang mengkonfirmasi keberadaan foton - efek Compton.

Pada tahun 1924, Louis de Broglie memperluas gagasan tentang sifat gelombang sel ganda cahaya ke semua partikel materi, memperkenalkan konsep gelombang materi. Oleh karena itu, seseorang juga dapat berbicara tentang sifat gelombang elektron, misalnya, tentang difraksi elektron, yang ditentukan secara eksperimental. Namun, percobaan R. Feynman dengan elektron "membombardir" perisai dengan dua lubang menunjukkan bahwa tidak mungkin, di satu sisi, untuk mengatakan melalui lubang mana elektron terbang, yaitu, untuk secara akurat menentukan koordinatnya, dan di sisi lain , tidak mendistorsi pola distribusi elektron terdaftar, tanpa melanggar sifat interferensi. Ini berarti bahwa kita dapat mengetahui posisi elektron atau momentum, tetapi tidak keduanya.

Eksperimen ini mempertanyakan konsep partikel dalam pengertian klasik tentang lokalisasi yang tepat dalam ruang dan waktu.

Penjelasan tentang perilaku "non-klasik" dari mikropartikel pertama kali diberikan oleh fisikawan Jerman Werner Heisenberg. Yang terakhir merumuskan hukum gerak partikel mikro, yang menurutnya pengetahuan tentang koordinat tepat partikel mengarah pada ketidakpastian penuh dari momentumnya, dan sebaliknya, pengetahuan yang tepat tentang momentum partikel mengarah pada ketidakpastian lengkap dari momentumnya. koordinat. W. Heisenberg menetapkan rasio ketidakpastian dalam nilai koordinat dan momentum mikropartikel:

Dx * DP x h, di mana Dx adalah ketidakpastian nilai koordinat; DP x - ketidakpastian nilai impuls; h adalah konstanta Planck. Hukum ini dan hubungan ketidakpastian disebut prinsip ketidakpastian Heisenberg.

Menganalisis prinsip ketidakpastian, fisikawan Denmark Niels Bohr menunjukkan bahwa, tergantung pada pengaturan percobaan, partikel mikro mengungkapkan sifat selnya atau sifat gelombangnya. tapi tidak keduanya sekaligus. Akibatnya, kedua sifat mikropartikel ini saling mengecualikan satu sama lain, dan pada saat yang sama harus dianggap sebagai pelengkap, dan deskripsinya didasarkan pada dua kelas situasi eksperimental (sel darah dan gelombang) - deskripsi integral dari mikropartikel. Tidak ada partikel "dalam dirinya sendiri", tetapi sebuah sistem "partikel - perangkat". Kesimpulan dari N. Bora ini disebut prinsip saling melengkapi.

Dalam kerangka pendekatan ini, ketidakpastian dan komplementaritas ternyata bukan ukuran ketidaktahuan kita, tetapi sifat objektif mikropartikel, mikrokosmos secara keseluruhan. Dari sini dapat disimpulkan bahwa statistik, hukum probabilistik terletak di kedalaman realitas fisik, dan hukum dinamis ketergantungan kausal yang tidak ambigu hanyalah beberapa kasus khusus dan ideal untuk mengungkapkan keteraturan statistik.

Mekanika kuantum relativistik.

Pada tahun 1927, fisikawan Inggris Paul Dirac menarik perhatian pada fakta bahwa untuk menggambarkan gerakan mikropartikel yang ditemukan pada saat itu: elektron, proton dan foton, karena mereka bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, penerapan relativitas khusus diperlukan. . Dirac menyusun persamaan yang menggambarkan gerakan elektron, dengan mempertimbangkan hukum mekanika kuantum dan teori relativitas Einstein. Persamaan ini dipenuhi oleh dua solusi: satu solusi memberikan elektron yang diketahui dengan energi positif, yang lain - elektron kembar yang tidak diketahui, tetapi dengan energi negatif. Dari sinilah muncul konsep partikel dan antipartikel yang simetris. Ini menimbulkan pertanyaan: apakah ruang hampa itu kosong? Setelah "pengusiran" ether oleh Einstein, tidak diragukan lagi itu tampak kosong.

Ide-ide modern yang sudah terbukti dengan baik mengatakan bahwa ruang hampa itu "kosong" hanya rata-rata. Sejumlah besar partikel virtual dan antipartikel terus-menerus lahir dan menghilang di dalamnya. Ini tidak bertentangan dengan prinsip ketidakpastian, yang juga memiliki ekspresi DE * Dt h. Vakum dalam teori medan kuantum didefinisikan sebagai keadaan energi terendah dari medan kuantum, yang energinya rata-rata hanya nol. Jadi vakum adalah "sesuatu" yang disebut "tidak ada".

Dalam perjalanan untuk membangun teori medan terpadu.

Pada tahun 1918, Emmy Noether membuktikan bahwa jika suatu sistem invarian di bawah beberapa transformasi global, maka ada nilai konservasi tertentu untuk itu. Dari sini dapat disimpulkan bahwa hukum kekekalan (energi) adalah konsekuensi dari simetri yang ada dalam ruang-waktu nyata.

Simetri sebagai konsep filosofis berarti proses keberadaan dan pembentukan momen identik antara keadaan fenomena dunia yang berbeda dan berlawanan. Ini berarti bahwa, ketika mempelajari simetri sistem apa pun, perlu untuk mempertimbangkan perilaku mereka di bawah berbagai transformasi dan untuk memilih di seluruh rangkaian transformasi yang meninggalkan tidak berubah, tidak berubah beberapa fungsi yang sesuai dengan sistem yang dipertimbangkan.

Dalam fisika modern, konsep tersebut digunakan mengukur simetri. Pekerja kereta api memahami transisi dari pengukur sempit ke pengukur lebar dengan kalibrasi. Dalam fisika, kalibrasi juga awalnya dipahami sebagai perubahan level atau skala. Dalam relativitas khusus, hukum fisika tidak berubah sehubungan dengan translasi atau pergeseran saat mengkalibrasi jarak. Dalam simetri pengukur, persyaratan invarian menimbulkan jenis interaksi tertentu. Oleh karena itu, invarians pengukur memungkinkan menjawab pertanyaan: "Mengapa dan mengapa interaksi seperti itu ada di alam?". Saat ini, keberadaan empat jenis interaksi fisik ditentukan dalam fisika: gravitasi, kuat, elektromagnetik, dan lemah. Semuanya memiliki sifat pengukur dan dijelaskan oleh simetri pengukur, yang merupakan representasi berbeda dari kelompok Lie. Ini menunjukkan adanya primer medan supersimetris, yang belum membedakan antara jenis interaksi. Perbedaan, jenis interaksi adalah hasil dari pelanggaran spontan dan spontan terhadap simetri vakum asli. Evolusi alam semesta muncul kemudian sebagai proses pengorganisasian diri yang sinergis: dalam proses ekspansi dari keadaan supersimetris vakum, Alam Semesta menghangat hingga "ledakan besar". Perjalanan lebih lanjut dari sejarahnya melewati titik-titik kritis - titik-titik bifurkasi, di mana pelanggaran spontan terhadap simetri vakum awal terjadi. Penyataan sistem organisasi mandiri melalui pemutusan spontan dari jenis simetri asli pada titik bifurkasi dan makan prinsip sinergi.

Pilihan arah pengorganisasian diri pada titik-titik bifurkasi, yaitu, pada titik-titik pelanggaran spontan terhadap simetri awal, bukanlah kebetulan. Ini didefinisikan seolah-olah sudah hadir pada tingkat supersimetri vakum oleh "proyek" seseorang, yaitu, "proyek" makhluk yang bertanya mengapa dunia seperti ini. Ini prinsip antropik, yang dirumuskan dalam fisika pada tahun 1962 oleh D. Dicke.

Prinsip-prinsip relativitas, ketidakpastian, komplementaritas, simetri, sinergi, prinsip antropik, serta penegasan sifat dasar-dalam dari dependensi kausal probabilistik dalam kaitannya dengan dependensi kausal yang dinamis dan tidak ambigu, merupakan struktur kategoris-konseptual dari modern gestalt, gambaran realitas fisik.

literatur

1. Akhiezer A.I., Rekalo M.P. Gambaran fisik dunia modern. M, 1980.

2. Bohr N. Fisika atom dan pengetahuan manusia. M., 1961.

3. Bor N. Kausalitas dan komplementaritas// Bor N. Karya ilmiah terpilih dalam 2 jilid V.2. M., 1971.

4. Lahir M. Fisika dalam kehidupan generasi saya, M., 1061.

5. Broglie L. De. Revolusi dalam fisika. M., 1963

6. Heisenberg V. Fisika dan Filsafat. Sebagian dan keseluruhan. M. 1989.

8. Einstein A., Infeld L. Evolusi fisika. M., 1965.

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 setiap hukum mekanika 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 hubungannya dengan Matahari, pesawat terbang atau kapal dalam hubungannya dengan Bumi, tetapi seseorang tidak dapat menunjukkan posisinya di luar 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.

Mekanika Klasik (Mekanika Newton)

Kelahiran fisika sebagai ilmu dikaitkan dengan penemuan Galileo dan I. Newton. Yang sangat penting adalah kontribusi I. Newton, yang menuliskan hukum-hukum mekanika dalam bahasa matematika. I. Newton menguraikan teorinya, yang sering disebut mekanika klasik, dalam karyanya “The Mathematical Principles of Natural Philosophy” (1687).

Dasar mekanika klasik terdiri dari tiga hukum dan dua ketentuan mengenai ruang dan waktu.

Sebelum membahas hukum I. Newton, mari kita ingat kembali apa itu kerangka acuan dan kerangka acuan inersia, karena hukum I. Newton tidak berlaku di semua kerangka acuan, tetapi hanya pada kerangka acuan inersia.

Sistem referensi adalah sistem koordinat, misalnya, koordinat Cartesian persegi panjang, dilengkapi dengan jam yang terletak di setiap titik media yang secara geometris padat. Sebuah medium geometris padat adalah kumpulan titik yang tak terbatas, jarak antara yang tetap. Dalam mekanika I. Newton, diasumsikan bahwa waktu mengalir terlepas dari posisi jam, yaitu. jam disinkronkan dan oleh karena itu waktu mengalir sama di semua kerangka acuan.

Dalam mekanika klasik, ruang dianggap sebagai Euclidean, dan waktu diwakili oleh garis lurus Euclidean. Dengan kata lain, I. Newton menganggap ruang adalah mutlak, yaitu. itu sama di mana-mana. Ini berarti batang yang tidak dapat dideformasi dengan tanda yang diterapkan padanya dapat digunakan untuk mengukur panjang. Di antara sistem referensi, seseorang dapat memilih sistem seperti itu, yang, karena mempertimbangkan sejumlah sifat dinamis khusus, berbeda dari yang lain.

Kerangka acuan, dalam kaitannya dengan mana tubuh bergerak secara seragam dan lurus, disebut inersia atau Galilea.

Fakta keberadaan sistem referensi inersia tidak dapat diverifikasi secara eksperimental, karena dalam kondisi nyata tidak mungkin untuk memilih bagian materi, mengisolasinya dari bagian dunia lainnya sehingga pergerakan bagian materi ini tidak terpengaruh. oleh objek material lainnya. Untuk menentukan dalam setiap kasus tertentu apakah kerangka acuan dapat diambil sebagai inersia, seseorang memeriksa apakah kecepatan benda adalah kekal. Derajat aproksimasi ini menentukan derajat idealisasi masalah.

Misalnya, dalam astronomi, ketika mempelajari gerakan benda langit, sistem ordinat Cartesian sering diambil sebagai sistem referensi inersia, yang awalnya terletak di pusat massa beberapa bintang "tetap", dan sumbu koordinatnya adalah diarahkan ke bintang "tetap" lainnya. Faktanya, bintang bergerak dengan kecepatan tinggi relatif terhadap benda langit lainnya, sehingga konsep bintang "tetap" bersifat arbitrer. Tetapi karena jarak yang jauh antara bintang-bintang, posisi yang kami berikan cukup untuk tujuan praktis.

Misalnya, kerangka acuan inersia terbaik untuk tata surya adalah kerangka acuan yang asalnya bertepatan dengan pusat massa tata surya, yang praktis terletak di pusat matahari, karena lebih dari 99% massa planet kita. sistem planet terkonsentrasi di matahari. Sumbu koordinat sistem referensi diarahkan ke bintang jauh, yang dianggap tetap. Sistem seperti ini disebut heliosentris.

I. Newton merumuskan pernyataan tentang adanya sistem referensi inersia dalam bentuk hukum inersia, yang disebut hukum pertama Newton. Hukum ini mengatakan: setiap benda dalam keadaan diam atau gerak lurus beraturan, sampai pengaruh benda lain membuatnya mengubah keadaan ini.

Hukum pertama Newton sama sekali tidak jelas. Sebelum G. Galileo, diyakini bahwa efek ini tidak menyebabkan perubahan kecepatan (percepatan), tetapi kecepatan itu sendiri. Pendapat ini didasarkan pada fakta-fakta terkenal dari kehidupan sehari-hari seperti kebutuhan untuk terus-menerus mendorong kereta yang bergerak di sepanjang jalan yang datar dan horizontal sehingga gerakannya tidak melambat. Sekarang diketahui bahwa dengan mendorong kereta, kita menyeimbangkan efek yang diberikan padanya oleh gesekan. Tetapi tanpa mengetahui hal ini, mudah untuk menyimpulkan bahwa tindakan diperlukan untuk menjaga gerakan tidak berubah.

Hukum kedua Newton mengatakan: laju perubahan momentum partikel sama dengan gaya yang bekerja pada partikel:

di mana t- bobot; t- waktu; sebuah-percepatan; v- vektor kecepatan; p=mv- momentum; F- memaksa.

Dengan paksa disebut besaran vektor yang mencirikan dampak pada benda tertentu dari benda lain. Modul nilai ini menentukan intensitas benturan, dan arahnya bertepatan dengan arah percepatan yang diberikan ke tubuh oleh benturan ini.

Bobot adalah ukuran inersia tubuh. Di bawah kelembaman memahami ketidakfleksibelan tubuh terhadap aksi kekuatan, mis. properti tubuh untuk menahan perubahan kecepatan di bawah aksi gaya. Untuk menyatakan massa benda tertentu sebagai angka, perlu untuk membandingkannya dengan massa benda referensi yang diambil sebagai satu unit.

Rumus (3.1) disebut persamaan gerak partikel. Ekspresi (3.2) adalah rumusan kedua dari hukum kedua Newton: hasil kali massa partikel dan percepatannya sama dengan gaya yang bekerja pada partikel tersebut.

Formula (3.2) juga berlaku untuk benda yang diperpanjang jika bergerak maju. Jika beberapa gaya bekerja pada tubuh, maka di bawah gaya F rumus (3.1) dan (3.2) berarti resultannya, yaitu jumlah kekuatan.

Dari (3.2) berikut bahwa untuk F = 0 (yaitu tidak ada benda lain yang bekerja pada tubuh) akselerasi sebuah sama dengan nol, sehingga benda bergerak lurus dan beraturan. Dengan demikian, hukum pertama Newton, seolah-olah, termasuk dalam hukum kedua sebagai kasus khusus. Tetapi hukum pertama Newton terbentuk secara independen dari yang kedua, karena berisi pernyataan tentang keberadaan kerangka acuan inersia di alam.

Persamaan (3.2) memiliki bentuk yang begitu sederhana hanya jika satuan gaya, massa, dan percepatan dipilih secara terkoordinasi. Dengan pilihan unit pengukuran yang independen, hukum kedua Newton ditulis sebagai berikut:

di mana ke - koefisien proporsionalitas.

Dampak tubuh satu sama lain selalu dalam sifat interaksi. Dalam hal tubuh TETAPI bekerja pada tubuh PADA dengan kekuatan FBA kemudian tubuh PADA bekerja pada tubuh dengan memaksa FAB.

Hukum III Newton menyatakan bahwa gaya yang berinteraksi dengan dua benda adalah sama besarnya dan berlawanan arah, itu.

Oleh karena itu, gaya selalu muncul berpasangan. Perhatikan bahwa gaya dalam rumus (3.4) diterapkan pada benda yang berbeda, dan karena itu mereka tidak dapat saling menyeimbangkan.

Hukum ketiga Newton, seperti dua yang pertama, hanya berlaku dalam kerangka acuan inersia. Dalam kerangka acuan non-inersia itu tidak adil. Selain itu, penyimpangan dari hukum ketiga Newton akan diamati pada benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya.

Perlu dicatat bahwa ketiga hukum Newton muncul sebagai hasil dari generalisasi data dari sejumlah besar eksperimen dan pengamatan dan oleh karena itu merupakan hukum empiris.

Dalam mekanika Newton, tidak semua kerangka acuan adalah sama, karena kerangka acuan inersia dan non-inersia berbeda satu sama lain. Ketidaksamaan yang ditunjukkan menunjukkan ketidakcukupan kematangan mekanika klasik. Di sisi lain, semua kerangka acuan inersia adalah sama dan hukum Newton adalah sama di masing-masing kerangka acuan tersebut.

G. Galileo pada tahun 1636 menetapkan bahwa dalam kerangka acuan inersia, tidak ada eksperimen mekanik yang dapat menentukan apakah benda itu diam atau bergerak lurus dan beraturan.

Pertimbangkan dua kerangka acuan inersia N dan N", selain itu, sistem jV "bergerak relatif terhadap sistem N sepanjang sumbu X dengan kecepatan konstan v(Gbr. 3.1).

Beras. 3.1.

Mari kita mulai menghitung waktu dari saat asal koordinat tentang dan o "bertepatan. Dalam hal ini, koordinat X dan X" titik sewenang-wenang M akan dihubungkan oleh ekspresi x = x" + vt. Dengan pilihan sumbu koordinat kami y - y z~ Z- Dalam mekanika Newton, diasumsikan bahwa waktu mengalir dengan cara yang sama di semua kerangka acuan, yaitu. t = t". Oleh karena itu, kami telah memperoleh satu set empat persamaan:

Persamaan (3.5) disebut Transformasi Galilea. Mereka memungkinkan untuk berpindah dari koordinat dan waktu satu kerangka acuan inersia ke koordinat dan waktu kerangka acuan inersia lainnya. Mari kita bedakan terhadap waktu / persamaan pertama pada (3.5), dengan mengingat bahwa t = t jadi turunan terhadap t bertepatan dengan turunan sehubungan dengan G. Kita mendapatkan:

Turunan adalah proyeksi kecepatan partikel dan dalam sistem N

per poros X dari sistem ini, dan turunannya adalah proyeksi kecepatan partikel tentang"dalam sistem N"per poros X"dari sistem ini. Oleh karena itu, kita mendapatkan

di mana v=vx=vx"- proyeksi vektor ke sumbu X bertepatan dengan proyeksi vektor yang sama pada sumbu*".

Sekarang kita bedakan persamaan kedua dan ketiga (3.5) dan dapatkan:

Persamaan (3.6) dan (3.7) dapat diganti dengan satu persamaan vektor

Persamaan (3.8) dapat dianggap baik sebagai formula untuk transformasi kecepatan partikel dari sistem N" ke dalam sistem N, atau sebagai hukum penambahan kecepatan: kecepatan partikel relatif terhadap sistem Y sama dengan jumlah kecepatan partikel relatif terhadap sistem N" dan kecepatan sistem N" mengenai sistem N. Kami membedakan persamaan (3.8) terhadap waktu dan memperoleh:

oleh karena itu, percepatan partikel terhadap sistem N dan WU' adalah sama. Memaksa F, N, sama dengan kekuatan F", yang bekerja pada partikel dalam sistem N", itu.

Hubungan (3.10) akan terpenuhi, karena gaya bergantung pada jarak antara partikel tertentu dan partikel yang berinteraksi dengannya (serta pada kecepatan relatif partikel), dan jarak (dan kecepatan) ini dalam mekanika klasik diasumsikan menjadi sama di semua kerangka acuan inersia. Massa juga memiliki nilai numerik yang sama di semua kerangka acuan inersia.

Maka dari alasan di atas bahwa jika hubungan t = F, maka persamaan akan berlaku m = F". sistem referensi N dan N" diambil sewenang-wenang, sehingga hasil yang diperoleh berarti hukum mekanika klasik adalah sama untuk semua kerangka acuan inersia. Pernyataan ini disebut prinsip relativitas Galileo. Dapat dikatakan secara berbeda: hukum mekanika Newton tidak berubah di bawah transformasi Galilea.

Kuantitas yang memiliki nilai numerik yang sama di semua kerangka acuan disebut invarian (dari lat. invariantis- tidak berubah). Contoh besaran tersebut adalah muatan listrik, massa, dll.

Invarian sehubungan dengan transformasi koordinat dan waktu selama transisi dari satu kerangka acuan inersia ke kerangka acuan lainnya disebut persamaan, yang bentuknya tidak berubah selama transisi semacam itu. Besaran-besaran yang dimasukkan ke dalam persamaan ini dapat berubah ketika berpindah dari satu kerangka acuan ke kerangka acuan lainnya, tetapi rumus yang menyatakan hubungan antara besaran-besaran ini tetap tidak berubah. Contoh persamaan tersebut adalah hukum mekanika klasik.

• Partikel berarti titik material, mis. sebuah benda yang dimensinya dapat diabaikan dibandingkan dengan jarak ke benda lain.