KULIAH 1
PENGANTAR MEKANIKA KLASIK
mekanika klasik mempelajari gerak mekanis benda-benda makroskopik yang bergerak dengan kecepatan jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya ( 
=3 10 8 m/s). Benda makroskopik adalah benda yang dimensinya 
m. (di sebelah kanan adalah ukuran molekul tipikal).
Teori fisika yang mempelajari sistem benda yang gerakannya terjadi pada kecepatan yang jauh lebih rendah daripada kecepatan cahaya termasuk di antara teori nonrelativistik. Jika kecepatan partikel sistem sebanding dengan kecepatan cahaya 
, maka sistem tersebut terkait dengan sistem relativistik, dan mereka harus dijelaskan berdasarkan teori relativistik. Dasar dari semua teori relativistik adalah teori relativitas khusus (SRT). Jika dimensi benda fisik yang dipelajari kecil 
m., maka sistem seperti itu termasuk dalam sistem kuantum, dan teorinya termasuk dalam jumlah teori kuantum.
Dengan demikian, mekanika klasik harus dianggap sebagai teori gerak partikel non-relativistik non-kuantum.
1.1 Kerangka acuan dan prinsip invarian
gerakan mekanis- ini adalah perubahan posisi tubuh relatif terhadap tubuh lain dari waktu ke waktu dalam ruang.
Ruang dalam mekanika klasik dianggap tiga dimensi (untuk menentukan posisi partikel dalam ruang, Anda harus menentukan tiga koordinat), mematuhi geometri Euclid (teorema Pythagoras berlaku dalam ruang) dan mutlak. Waktu bersifat satu dimensi, searah (berubah dari masa lalu ke masa depan) dan mutlak. Kemutlakan ruang dan waktu berarti bahwa sifat-sifatnya tidak bergantung pada distribusi dan pergerakan materi. Dalam mekanika klasik, pernyataan berikut diterima sebagai benar: ruang dan waktu tidak berhubungan satu sama lain dan dapat dianggap independen satu sama lain.
Gerak itu relatif dan, oleh karena itu, untuk menggambarkannya, Anda harus memilih badan referensi, yaitu tubuh relatif terhadap gerakan yang dianggap. Karena pergerakan terjadi dalam ruang dan waktu, satu atau lain sistem koordinat dan jam harus dipilih untuk menggambarkannya (untuk menghitung ruang dan waktu). Karena ruang tiga dimensi, setiap titiknya dikaitkan dengan tiga angka (koordinat). Pilihan satu atau lain sistem koordinat biasanya ditentukan oleh kondisi dan simetri tugas. Dalam penalaran teoritis, kita biasanya akan menggunakan sistem koordinat Cartesian persegi panjang (Gambar 1.1).
Dalam mekanika klasik, untuk mengukur interval waktu, karena kemutlakan waktu, cukup menempatkan satu jam di titik asal sistem koordinat (masalah ini akan dibahas secara rinci dalam teori relativitas). Badan referensi dan jam serta skala yang terkait dengan bentuk badan ini (sistem koordinat) sistem referensi.
0 
Mari kita perkenalkan konsep sistem fisik tertutup. sistem fisik tertutup sistem seperti itu disebut objek material, di mana semua objek sistem berinteraksi satu sama lain, tetapi tidak berinteraksi dengan objek yang tidak termasuk dalam sistem.
Seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen, prinsip-prinsip invarian berikut ternyata valid sehubungan dengan sejumlah sistem referensi.
Prinsip invarian di bawah pergeseran spasial(ruang adalah homogen): jalannya proses di dalam sistem fisik tertutup tidak terpengaruh oleh posisinya relatif terhadap badan referensi.
Prinsip invarian di bawah rotasi spasial(ruang adalah isotropik): jalannya proses di dalam sistem fisik tertutup tidak terpengaruh oleh orientasinya relatif terhadap badan referensi.
Prinsip invarian terhadap pergeseran waktu(waktu homogen): waktu awal proses tidak mempengaruhi aliran proses di dalam sistem fisik tertutup.
Prinsip invarians di bawah refleksi cermin(ruang adalah cermin-simetris): proses yang terjadi dalam sistem fisik simetri cermin tertutup itu sendiri adalah cermin-simetris.
Kerangka acuan yang berkenaan dengan ruang yang homogen, isotropik dan cermin-simetris dan waktu secara seragam disebut sistem referensi inersia(ISO).
hukum pertama Newton mengklaim bahwa ISO ada.
Tidak ada satu, tetapi jumlah ISO yang tak terbatas. Kerangka acuan itu, yang bergerak relatif terhadap ISO dalam garis lurus dan seragam, dengan sendirinya akan menjadi ISO.
Prinsip relativitas mengklaim bahwa aliran proses dalam sistem fisik tertutup tidak terpengaruh oleh gerakan seragam bujursangkarnya relatif terhadap kerangka acuan; undang-undang yang menjelaskan prosesnya sama di ISO yang berbeda; prosesnya sendiri akan sama jika kondisi awalnya sama.
1.2 Model dasar dan bagian mekanika klasik
Dalam mekanika klasik, ketika menggambarkan sistem fisik nyata, sejumlah konsep abstrak diperkenalkan yang sesuai dengan objek fisik nyata. Konsep dasar tersebut meliputi: sistem fisik tertutup, titik material (partikel), benda tegar mutlak, medium kontinu, dan sejumlah lainnya.
Titik material (partikel)- benda yang dimensi dan struktur internalnya dapat diabaikan saat menggambarkan gerakannya. Selain itu, setiap partikel dicirikan oleh serangkaian parameter spesifiknya - massa, muatan listrik. Model titik material tidak mempertimbangkan karakteristik internal struktural partikel: momen inersia, momen dipol, momen intrinsik (spin), dll. Posisi partikel dalam ruang dicirikan oleh tiga angka (koordinat) atau vektor radius (Gbr. 1.1).
Tubuh yang benar-benar kaku
Sistem titik material, jarak di antaranya tidak berubah selama pergerakannya;
Benda yang deformasinya dapat diabaikan.
Proses fisik yang nyata dianggap sebagai rangkaian peristiwa elementer yang berkesinambungan.
acara dasar adalah fenomena dengan tingkat spasial nol dan durasi nol (misalnya, peluru mengenai target). Acara ini ditandai dengan empat angka - koordinat; tiga koordinat spasial (atau radius - vektor) dan satu koordinat waktu: 
. Dalam hal ini, gerakan partikel direpresentasikan sebagai urutan kontinu dari peristiwa elementer berikut: lintasan partikel melalui titik tertentu dalam ruang pada waktu tertentu.
Hukum gerak partikel dianggap diberikan jika ketergantungan vektor jari-jari partikel (atau tiga koordinatnya) terhadap waktu diketahui: 
Tergantung pada jenis objek yang dipelajari, mekanika klasik dibagi lagi menjadi mekanika partikel dan sistem partikel, mekanika benda tegar mutlak, dan mekanika media kontinu (mekanika benda elastis, hidromekanika, aeromekanika).
Menurut sifat tugas yang harus diselesaikan, mekanika klasik dibagi menjadi kinematika, dinamika dan statika. Kinematika mempelajari gerak mekanik partikel tanpa memperhitungkan sebab-sebab yang menyebabkan terjadinya perubahan sifat gerak partikel (gaya). Hukum gerak partikel sistem dianggap diberikan. Menurut hukum ini, kecepatan, percepatan, lintasan partikel sistem ditentukan dalam kinematika. Dinamika mempertimbangkan pergerakan mekanis partikel, dengan mempertimbangkan penyebab yang menyebabkan perubahan sifat pergerakan partikel. Gaya yang bekerja antara partikel sistem dan partikel sistem dari benda yang tidak termasuk dalam sistem dianggap diketahui. Sifat gaya dalam mekanika klasik tidak dibahas. Statika dapat dianggap sebagai kasus khusus dinamika, di mana kondisi keseimbangan mekanis partikel sistem dipelajari.
Menurut metode menggambarkan sistem, mekanika dibagi menjadi mekanika Newtonian dan analitik.
1.3 Transformasi koordinat acara
Mari kita perhatikan bagaimana koordinat peristiwa ditransformasikan selama transisi dari satu IFR ke IFR lainnya.
1. Pergeseran spasial. Dalam hal ini, transformasi terlihat seperti ini:
(1.1)
Di mana 
adalah vektor pergeseran spasial, yang tidak bergantung pada nomor kejadian (indeks a).
2. Pergeseran waktu:
, 
, (1.2)
Di mana 
- pergeseran waktu.
3. Rotasi spasial:
, 
, (1.3)
Di mana 
adalah vektor rotasi yang sangat kecil (Gbr. 1.2).
4. Pembalikan waktu (time reversal):
, 
. (1.4)
5. Pembalikan spasial (pemantulan pada suatu titik):
, (1.5)
6. transformasi Galilea. Kami mempertimbangkan transformasi koordinat peristiwa selama transisi dari satu IFR ke IFR lainnya, yang bergerak relatif terhadap yang pertama dalam garis lurus dan seragam dengan kecepatan 
(gbr.1.3):
, , (1.6)
Dimana rasio kedua? didalilkan(!) dan mengungkapkan kemutlakan waktu.
Membedakan terhadap waktu bagian kanan dan kiri dari transformasi koordinat spasial, dengan mempertimbangkan karakter absolut waktu, menggunakan definisi kecepatan, sebagai turunan dari jari-jari-vektor terhadap waktu, kondisi bahwa 
=const, kita mendapatkan hukum klasik penambahan kecepatan
. (1.7)
Di sini kita harus memberi perhatian khusus pada fakta bahwa ketika menurunkan relasi terakhir diperlukan memperhitungkan postulat karakter absolut waktu.
Beras. 1.2 Gambar. 1.3
Membedakan sehubungan dengan waktu lagi menggunakan definisi percepatan, sebagai turunan dari kecepatan terhadap waktu, kita mendapatkan bahwa percepatannya sama terhadap ISO yang berbeda (invarian sehubungan dengan transformasi Galilea). Pernyataan ini secara matematis mengungkapkan prinsip relativitas dalam mekanika klasik.
Dari sudut pandang matematika, transformasi 1-6 membentuk grup. Memang, grup ini berisi transformasi tunggal - transformasi identik yang sesuai dengan tidak adanya transisi dari satu sistem ke sistem lainnya; untuk setiap transformasi 1-6 terdapat transformasi invers yang membawa sistem ke keadaan semula. Operasi perkalian (komposisi) diperkenalkan sebagai aplikasi berurutan dari transformasi yang sesuai. Perlu dicatat secara khusus bahwa kelompok transformasi rotasi tidak mematuhi hukum komutatif (permutasi), yaitu. adalah non-abelian. Grup transformasi lengkap 1-6 disebut grup transformasi Galilea.
1.4 Vektor dan skalar
vektor kuantitas fisik disebut, yang ditransformasikan sebagai vektor jari-jari partikel dan dicirikan oleh nilai numerik dan arahnya di ruang angkasa. Sehubungan dengan operasi inversi spasial, vektor dibagi menjadi: BENAR(kutub) dan vektor semu(aksial). Dengan inversi spasial, vektor sejati mengubah tandanya, vektor semu tidak berubah.
skalar hanya dicirikan oleh nilai numeriknya. Sehubungan dengan operasi inversi spasial, skalar dibagi menjadi: BENAR dan skalar semu. Dengan inversi spasial, skalar sejati tidak berubah, skalar semu mengubah tandanya.
Contoh. Vektor radius, kecepatan, percepatan partikel adalah vektor sebenarnya. Vektor sudut rotasi, kecepatan sudut, percepatan sudut adalah vektor semu. Produk vektor dari dua vektor sejati adalah vektor semu, produk vektor dari vektor sejati dan vektor semu adalah vektor sejati. Produk skalar dari dua vektor sejati adalah skalar sejati, vektor sejati dikalikan vektor semu adalah skalar semu.
Perlu diperhatikan bahwa dalam sebuah vektor atau persamaan skalar di sebelah kanan dan di sebelah kiri harus ada suku-suku yang sifatnya sama sehubungan dengan operasi inversi spasial: skalar atau pseudoskalar sejati, vektor sejati atau vektor semu.
Mekanika- ini adalah bagian dari fisika yang mempelajari hukum gerakan mekanis dan alasan yang menyebabkan atau mengubah gerakan ini.
Mekanika, pada gilirannya, dibagi menjadi kinematika, dinamika dan statika.
gerakan mekanis- ini adalah perubahan posisi relatif tubuh atau bagian tubuh dari waktu ke waktu.
Bobot adalah kuantitas fisik skalar yang secara kuantitatif mencirikan sifat inert dan gravitasi materi.
kelembaman- ini adalah keinginan tubuh untuk mempertahankan keadaan istirahat atau gerakan bujursangkar yang seragam.
massa inersia mencirikan kemampuan benda untuk menolak perubahan keadaannya (istirahat atau gerak), misalnya, dalam hukum kedua Newton
.
massa gravitasi mencirikan kemampuan tubuh untuk menciptakan medan gravitasi, yang dicirikan oleh besaran vektor 
disebut ketegangan. Intensitas medan gravitasi suatu massa titik sama dengan:
,
Massa gravitasi mencirikan kemampuan tubuh untuk berinteraksi dengan medan gravitasi:
.
P prinsip kesetaraan gravitasi dan massa inersia: setiap massa adalah inersia dan gravitasi pada saat yang sama.
Massa tubuh tergantung pada kepadatan zat dan ukuran tubuh (volume tubuh V):
.
Konsep massa tidak identik dengan konsep berat dan gravitasi. Itu tidak tergantung pada medan gravitasi dan percepatan.
Momen inersia adalah kuantitas fisik tensor yang secara kuantitatif mencirikan inersia benda padat, yang memanifestasikan dirinya dalam gerakan rotasi.
Saat menjelaskan gerakan rotasi, tidak cukup untuk menentukan massa. Inersia suatu benda dalam gerak rotasi tidak hanya bergantung pada massa, tetapi juga pada distribusinya relatif terhadap sumbu rotasi.
1. Momen inersia suatu titik material
,
di mana m adalah massa titik material; r adalah jarak dari titik ke sumbu rotasi.
2. Momen inersia sistem titik material
.
3. Momen inersia benda tegar sempurna
.
Memaksa- ini adalah kuantitas fisik vektor, yang merupakan ukuran dampak mekanis pada tubuh dari benda atau bidang lain, sebagai akibatnya tubuh memperoleh akselerasi atau deformasi (mengubah bentuk atau ukurannya).
Mekanika menggunakan berbagai model untuk menggambarkan gerak mekanik.
Poin materi(m.t.) adalah benda dengan massa, yang dimensinya dapat diabaikan dalam masalah ini.
Tubuh yang benar-benar kaku(a.t.t.) adalah benda yang tidak berubah bentuk selama proses gerakan, yaitu jarak antara dua titik mana pun dalam proses gerakan tetap tidak berubah.
2. Hukum gerak.
Hukum Pertama n newton : setiap titik material (benda) mempertahankan keadaan diam atau gerak lurus seragam sampai tumbukan dari benda lain membuatnya mengubah keadaan ini.
hukum kedua Newton (hukum utama dinamika gerak translasi): laju perubahan momentum suatu titik material (benda) sama dengan jumlah gaya yang bekerja padanya
hukum ketiga Newton : setiap tindakan titik material (benda) satu sama lain memiliki karakter interaksi; gaya yang dengannya titik-titik material bekerja satu sama lain selalu sama dalam nilai absolut, berlawanan arah dan bekerja sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik-titik ini
,
di sini 
- gaya yang bekerja pada titik material pertama dari yang kedua; 
- gaya yang bekerja pada titik material kedua dari sisi material pertama. Gaya-gaya ini diterapkan pada titik material (benda) yang berbeda, selalu bekerja berpasangan dan merupakan gaya yang sifatnya sama.
,
di sini 
adalah konstanta gravitasi. 
.
Hukum kekekalan dalam mekanika klasik.
Hukum kekekalan dipenuhi dalam sistem tertutup dari benda-benda yang berinteraksi.
Suatu sistem disebut tertutup jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem tersebut.
Detak
- kuantitas fisik vektor yang secara kuantitatif mencirikan stok gerak translasi:
.
Hukum kekekalan momentum sistem poin material(m.t.): dalam sistem tertutup, m.t. momentum total adalah kekal
,
,
di mana 
adalah kecepatan titik material ke-i sebelum interaksi; 
adalah kecepatannya setelah interaksi.
momentum sudut
adalah besaran vektor fisik yang secara kuantitatif mencirikan cadangan gerak rotasi.
,
adalah momentum titik material, 
adalah vektor radius suatu titik material.
Hukum kekekalan momentum sudut
:
dalam sistem tertutup, momentum sudut total kekal:
.
Besaran fisika yang mencirikan kemampuan suatu benda atau sistem benda untuk melakukan kerja disebut energi.
Energi adalah besaran fisis skalar, yang merupakan karakteristik paling umum dari keadaan sistem.
Keadaan sistem ditentukan oleh pergerakan dan konfigurasinya, yaitu oleh pengaturan bersama bagian-bagiannya. Gerak sistem dicirikan oleh energi kinetik K, dan konfigurasi (berada dalam medan gaya potensial) dicirikan oleh energi potensial U.
energi total didefinisikan sebagai jumlah:
E = K + U + E int,
di mana E ext adalah energi internal tubuh.
Energi kinetik dan energi potensial dijumlahkan menjadi energi mekanik .
rumus Einstein(hubungan energi dan massa):
Dalam kerangka referensi yang terkait dengan pusat massa sistem m.t., m \u003d m 0 adalah massa diam, dan E \u003d E 0 \u003d m 0. c 2 - energi istirahat.
Energi dalam ditentukan dalam kerangka acuan yang terkait dengan tubuh itu sendiri, yaitu energi internal pada saat yang sama adalah energi istirahat.
Energi kinetik adalah energi gerakan mekanis suatu benda atau sistem benda. Energi kinetik relativistik ditentukan oleh rumus
Pada kecepatan rendah v 
.
Energi potensial adalah besaran fisis skalar yang mencirikan interaksi benda dengan benda lain atau dengan medan.
Contoh:
energi potensial interaksi elastis
;
energi potensial interaksi gravitasi massa titik
;
Hukum kekekalan energi : energi total sistem tertutup titik material adalah kekal
.
Dengan tidak adanya disipasi (hamburan) energi, baik energi total maupun energi mekanik akan kekal. Dalam sistem disipatif, energi total kekal, sedangkan energi mekanik tidak kekal.
2. Konsep dasar elektrodinamika klasik.
Sumber medan elektromagnetik adalah muatan listrik.
Muatan listrik adalah properti dari beberapa partikel dasar untuk masuk ke dalam interaksi elektromagnetik.
Sifat muatan listrik :
1. Muatan listrik bisa positif dan negatif (umumnya diterima bahwa proton bermuatan positif, dan elektron bermuatan negatif).
2. Muatan listrik terkuantisasi. Kuantum muatan listrik adalah muatan listrik dasar (е = 1,610 –19 C). Dalam keadaan bebas, semua muatan adalah kelipatan bilangan bulat muatan listrik dasar:
3. Hukum kekekalan muatan: muatan listrik total sistem tertutup dipertahankan dalam semua proses yang melibatkan partikel bermuatan:
q 1 + q 2 +...+ q N = q 1 * + q 2 * +...+ q N * .
4. invarian relativistik: nilai muatan total sistem tidak bergantung pada gerakan pembawa muatan (muatan partikel yang bergerak dan yang diam adalah sama). Dengan kata lain, di semua ISO, muatan partikel atau benda apa pun adalah sama.
Deskripsi medan elektromagnetik.
Muatan berinteraksi satu sama lain (Gbr. 1). Besarnya gaya yang saling tolak menolak muatan-muatan bertanda sama, dan muatan-muatan bertanda berlawanan saling tarik-menarik, ditentukan dengan menggunakan hukum Coulomb yang ditetapkan secara empiris:
.
Di Sini 
, 
adalah konstanta listrik.
 |
|
Gambar 1 |
Dan bagaimana mekanisme interaksi benda bermuatan? Seseorang dapat mengajukan hipotesis berikut: benda dengan muatan listrik menghasilkan medan elektromagnetik. Pada gilirannya, medan elektromagnetik bekerja pada benda bermuatan lain yang berada di medan ini. Sebuah objek material baru muncul – medan elektromagnetik.
Pengalaman menunjukkan bahwa dalam setiap medan elektromagnetik, suatu gaya bekerja pada muatan yang tidak bergerak, yang besarnya hanya bergantung pada besar muatan (besarnya gaya sebanding dengan besar muatan 
) dan posisinya di lapangan. Dimungkinkan untuk menetapkan vektor tertentu ke setiap titik bidang 
, yang merupakan koefisien proporsionalitas antara gaya yang bekerja pada muatan tetap di dalam medan dan muatan 
. Kemudian gaya yang digunakan medan pada muatan tetap dapat ditentukan dengan rumus:
.
Gaya yang diberikan oleh medan elektromagnetik pada muatan stasioner disebut gaya listrik. 
. Besaran vektor yang mencirikan keadaan medan yang menyebabkan aksi disebut kuat listrik medan elektromagnetik.
Eksperimen lebih lanjut dengan muatan menunjukkan bahwa vektor tidak sepenuhnya mencirikan medan elektromagnetik. Jika muatan mulai bergerak, maka muncul gaya tambahan, yang besar dan arahnya sama sekali tidak berhubungan dengan besar dan arah vektor. Gaya tambahan yang terjadi ketika muatan bergerak dalam medan elektromagnetik disebut gaya magnet. 
. Pengalaman menunjukkan bahwa gaya magnet bergantung pada muatan dan pada besar dan arah vektor kecepatan. Jika kita memindahkan muatan percobaan melalui titik tertentu di medan dengan kecepatan yang sama, tetapi dalam arah yang berbeda, maka gaya magnet akan berbeda setiap kali. Namun, selalu 
. Analisis lebih lanjut dari fakta eksperimental memungkinkan untuk menetapkan bahwa untuk setiap titik medan elektromagnetik ada satu arah MN (Gbr. 2), yang memiliki sifat-sifat berikut:
Gbr.2
Jika kita mengarahkan beberapa vektor sepanjang arah MN 
, yang memiliki arti koefisien proporsionalitas antara gaya magnet dan produk 
, maka tugas 
dan dengan jelas mencirikan keadaan bidang yang menyebabkan munculnya . Vektor itu disebut vektor induksi elektromagnetik. Sejak dan 
, kemudian
.
Dalam medan elektromagnetik, gaya Lorentz elektromagnetik bekerja pada muatan yang bergerak dengan kecepatan q (Gbr. 3):
.
Vektor dan , yaitu, enam angka 
, adalah komponen yang sama dari medan elektromagnetik terpadu (komponen tensor medan elektromagnetik). Dalam kasus tertentu, ternyata semua 
atau semua 
; maka medan elektromagnetik direduksi menjadi medan listrik atau magnet.
Eksperimen tersebut mengkonfirmasi kebenaran dari model medan elektromagnetik dua vektor yang dibangun. Dalam model ini, setiap titik medan elektromagnetik diberikan sepasang vektor dan . Model yang telah kita buat adalah model medan kontinu, karena fungsi 
dan 
, menggambarkan bidang, adalah fungsi kontinu dari koordinat.
Teori fenomena elektromagnetik menggunakan model medan kontinu disebut klasik.
Pada kenyataannya, medan, seperti halnya materi, adalah diskrit. Tapi ini mulai mempengaruhi hanya pada jarak yang sebanding dengan ukuran partikel elementer. Diskrititas medan elektromagnetik diperhitungkan dalam teori kuantum.
Prinsip superposisi.
Medan biasanya digambarkan menggunakan garis gaya.
garis paksa adalah garis, garis singgung yang pada setiap titik berimpit dengan vektor kekuatan medan.
D 
Untuk muatan titik tak bergerak, pola garis gaya medan elektrostatik ditunjukkan pada gambar. 6.
Vektor intensitas medan elektrostatik yang diciptakan oleh muatan titik ditentukan oleh rumus (Gbr. 7 a dan b) garis medan magnet dibangun sehingga pada setiap titik garis gaya vektor diarahkan secara tangensial ke garis ini. Garis-garis gaya medan magnet tertutup (Gbr. 8). Hal ini menunjukkan bahwa medan magnet adalah medan pusaran.
Beras. delapan
Dan jika medan tidak menghasilkan satu, tetapi beberapa muatan titik? Apakah muatan mempengaruhi satu sama lain, atau apakah masing-masing muatan sistem berkontribusi pada medan yang dihasilkan secara independen dari yang lain? Akankah medan elektromagnetik yang diciptakan oleh muatan ke-i tanpa adanya muatan lain akan sama dengan medan yang diciptakan oleh muatan ke-i dengan adanya muatan lain?
Prinsip superposisi : medan elektromagnetik dari sistem muatan yang berubah-ubah adalah hasil dari penambahan medan yang akan dibuat oleh masing-masing muatan dasar sistem ini tanpa adanya muatan lain:
dan 
.
Hukum medan elektromagnetik
Hukum medan elektromagnetik dirumuskan sebagai sistem persamaan Maxwell.
Pertama
.
Ini mengikuti dari persamaan pertama Maxwell bahwa medan elektrostatik - potensial (konvergen atau divergen) dan sumbernya adalah muatan listrik yang tidak bergerak.
Kedua Persamaan Maxwell untuk medan magnetostatik:
.
Ini mengikuti dari persamaan kedua Maxwell bahwa medan magnetostatik adalah pusaran non-potensial dan tidak memiliki sumber titik.
Ketiga Persamaan Maxwell untuk medan elektrostatik:
.
Ini mengikuti dari persamaan ketiga Maxwell bahwa medan elektrostatik tidak vortex.
Dalam elektrodinamika (untuk medan elektromagnetik variabel), persamaan ketiga Maxwell adalah:
,
yaitu Medan listrik 
tidak potensial (bukan Coulomb), tetapi pusaran dan dibuat oleh fluks variabel dari vektor induksi medan magnet.
Keempat Persamaan Maxwell untuk medan magnetostatik
,
Ini mengikuti dari persamaan Maxwell keempat dalam magnetostatika bahwa medan magnet adalah pusaran dan diciptakan oleh arus listrik langsung atau muatan bergerak. Arah puntir garis medan magnet ditentukan oleh aturan ulir kanan (Gbr. 9).
R 
Gbr.9
Dalam elektrodinamika, persamaan keempat Maxwell adalah:
.
Istilah pertama dalam persamaan ini adalah arus konduksi I yang terkait dengan pergerakan muatan dan menciptakan medan magnet.
Suku kedua dalam persamaan ini adalah "arus perpindahan dalam ruang hampa", yaitu, fluks variabel dari vektor kuat medan listrik.
Ketentuan utama dan kesimpulan dari teori Maxwell adalah sebagai berikut.
Perubahan waktu medan listrik menyebabkan munculnya medan magnet dan sebaliknya. Oleh karena itu, ada gelombang elektromagnetik.
Perpindahan energi elektromagnetik terjadi pada kecepatan yang terbatas .
Kecepatan transmisi gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya 
. Dari sini diikuti identitas dasar fenomena elektromagnetik dan optik.
B E D E N I E
Fisika adalah ilmu alam yang mempelajari sifat paling umum dari dunia material, bentuk paling umum dari gerak materi, yang mendasari semua fenomena alam. Fisika menetapkan hukum yang mengatur fenomena ini.
Fisika juga mempelajari sifat dan struktur benda material dan menunjukkan cara penerapan praktis hukum fisika dalam teknologi.
Sesuai dengan berbagai bentuk materi dan gerakannya, fisika dibagi menjadi beberapa bagian: mekanika, termodinamika, elektrodinamika, fisika osilasi dan gelombang, optik, fisika atom, nukleus, dan partikel elementer.
Di persimpangan fisika dan ilmu alam lainnya, ilmu-ilmu baru muncul: astrofisika, biofisika, geofisika, kimia fisik, dll.
Fisika adalah dasar teori teknologi. Perkembangan fisika menjadi dasar untuk penciptaan cabang-cabang teknologi baru seperti teknologi ruang angkasa, teknologi nuklir, elektronika kuantum, dll. Pada gilirannya, perkembangan ilmu-ilmu teknis berkontribusi pada penciptaan metode penelitian fisik yang sama sekali baru yang menentukan kemajuan fisika dan ilmu-ilmu terkait.
LANDASAN FISIKA MEKANIKA KLASIK
Saya. Mekanika. Konsep umum
Mekanika adalah cabang fisika yang mempertimbangkan bentuk gerak materi yang paling sederhana - gerak mekanis.
Gerakan mekanis dipahami sebagai perubahan posisi tubuh yang dipelajari dalam ruang dari waktu ke waktu relatif terhadap tujuan tertentu atau sistem tubuh yang secara kondisional dianggap tidak bergerak. Sistem benda seperti itu, bersama dengan jam, di mana setiap proses periodik dapat dipilih, disebut sistem referensi(JADI.). JADI. sering dipilih karena alasan kenyamanan.
Untuk deskripsi matematis gerak dengan S.O. mereka mengasosiasikan sistem koordinat, sering persegi panjang.
Benda paling sederhana dalam mekanika adalah titik material. Ini adalah tubuh yang dimensinya dapat diabaikan di bawah kondisi tugas yang diberikan.
Setiap benda yang dimensinya tidak dapat diabaikan dianggap sebagai sistem titik material.
Mekanika dibagi menjadi kinematika, yang berkaitan dengan deskripsi geometrik gerak tanpa mempelajari penyebabnya, dinamika, yang mempelajari hukum gerak benda di bawah aksi gaya, dan statika, yang mempelajari kondisi keseimbangan benda.
2. Kinematika titik
Kinematika mempelajari pergerakan ruang-waktu tubuh. Dia beroperasi dengan konsep seperti perpindahan, jalur 
, waktu t , kecepatan gerak 
, percepatan.
Garis yang digambarkan oleh suatu titik material selama pergerakannya disebut lintasan. Menurut bentuk lintasan gerakannya, mereka dibagi menjadi bujursangkar dan lengkung. vektor , menghubungkan titik awal I dan akhir 2 disebut perpindahan (Gbr. I.I).
Setiap momen waktu t sesuai dengan vektor jari-jarinya sendiri 
:
T 
Bagaimana pergerakan suatu titik dapat dijelaskan dengan fungsi vektor.
yang kita definisikan vektor cara untuk menentukan gerakan, atau tiga fungsi skalar
x= x(t); kamu= kamu(t); z= z(t) , (1.2)
yang disebut persamaan kinematik. Mereka menentukan tugas gerakan koordinat jalan.
Pergerakan titik juga akan ditentukan jika untuk setiap momen waktu posisi titik pada lintasan diatur, mis. kecanduan
Ini menentukan tugas gerakan alami jalan.
Masing-masing rumus tersebut adalah hukum gerakan titik.
3. Kecepatan
Jika momen waktu t 1 sesuai dengan vektor radius 
, sebuah 
, maka untuk interval
tubuh akan bergerak 
. Pada kasus ini kecepatan rata-rata
untuk t mereka menyebut nilai
,
(1.4)
yang, dalam kaitannya dengan lintasan, adalah garis potong yang melalui titik I dan 2. kecepatan pada waktu t disebut vektor
, (1.5)
Dari definisi ini dapat disimpulkan bahwa kecepatan pada setiap titik lintasan diarahkan secara tangensial padanya. Dari (1.5) maka proyeksi dan modulus vektor kecepatan ditentukan oleh ekspresi:
Jika hukum gerak (1.3) diberikan, maka modulus vektor kecepatan ditentukan sebagai berikut:
, (1.7)
Dengan demikian, mengetahui hukum gerak (I.I), (1.2), (1.3), seseorang dapat menghitung vektor dan modul dari dokter kecepatan, dan, sebaliknya, mengetahui kecepatan dari rumus (1.6), (1.7), satu dapat menghitung koordinat dan jalur.
4. Percepatan
Dengan gerakan sewenang-wenang, vektor kecepatan berubah terus menerus. Nilai yang mencirikan laju perubahan vektor kecepatan disebut percepatan.
Jika di. titik waktu t kecepatan 1 titik 
, dan pada t 2 - 
, maka peningkatan kecepatan akan menjadi (Gbr.1.2). Percepatan rata-rata n 
Pada waktu bersamaan
tapi instan
,
(1.9)
Untuk modul proyeksi dan akselerasi kita memiliki: , (1.10)
Jika cara gerak alami diberikan, maka percepatan dapat ditentukan dengan cara ini. Kecepatan bervariasi dalam besar dan arah, kecepatan tambahan 
terurai menjadi dua besaran; 
- diarahkan bersama (peningkatan kecepatan dalam besarnya) dan 
- diarahkan tegak lurus (kenaikan kecepatan dalam arah), mis. = + (Gbr.I.3). Dari (1.9) kita peroleh:
(1.11); 
(1.12)
Percepatan tangensial (tangensial) mencirikan laju perubahan besaran (1.13)
normal (percepatan sentripetal) mencirikan kecepatan perubahan arah. Menghitung sebuah n mempertimbangkan
OMN dan MPQ dalam kondisi pergerakan kecil titik di sepanjang lintasan. Dari kesamaan segitiga ini kita menemukan PQ:MP=MN:OM:
Percepatan total dalam hal ini ditentukan sebagai berikut:
, (1.15)
5. Contoh
I. Gerak bujursangkar variabel yang sama. Ini adalah gerakan dengan percepatan konstan 
) . Dari (1.8) kita menemukan
atau
, di mana v 0 - kecepatan pada waktu t 0 . Asumsi t 0 = 0, kita temukan
,
dan jarak yang ditempuh S dari rumus (I.7):
di mana S 0 adalah konstanta yang ditentukan dari kondisi awal.
2. Gerakan seragam dalam lingkaran. Dalam hal ini, kecepatan hanya berubah dalam arah, yaitu 
- percepatan sentripetal.
I. Konsep dasar
Pergerakan benda-benda di ruang angkasa adalah hasil dari interaksi mekanis mereka satu sama lain, sebagai akibatnya ada perubahan dalam pergerakan benda atau deformasi mereka. Sebagai mara interaksi mekanis dalam dinamika, kuantitas diperkenalkan - gaya 
. Untuk benda tertentu, gaya adalah faktor eksternal, dan sifat gerakan juga tergantung pada sifat benda itu sendiri - kepatuhan terhadap pengaruh eksternal yang diberikan padanya atau tingkat inersia benda. Ukuran kelembaman suatu benda adalah massanya. t tergantung pada jumlah materi dalam tubuh.
Dengan demikian, konsep dasar mekanika adalah: materi yang bergerak, ruang dan waktu sebagai bentuk keberadaan materi yang bergerak, massa sebagai ukuran kelembaman benda, gaya sebagai ukuran interaksi mekanis antar benda.Hubungan antara konsep-konsep ini ditentukan oleh hukum! gerakan yang dirumuskan oleh Newton sebagai generalisasi dan penyempurnaan fakta eksperimental.
2. Hukum mekanika
hukum pertama. Setiap benda mempertahankan keadaan istirahat atau gerak lurus yang seragam, sementara pengaruh eksternal tidak mengubah keadaan ini. Hukum pertama berisi hukum inersia, serta definisi gaya sebagai penyebab yang melanggar keadaan inersia tubuh. Untuk mengungkapkannya secara matematis, Newton memperkenalkan konsep momentum atau momentum suatu benda:
(2.1)
lalu jika 
hukum ke-2. Perubahan momentum sebanding dengan gaya yang diberikan dan terjadi dalam arah gaya ini. Memilih unit pengukuran m dan agar koefisien proporsionalitas sama dengan satu, kita peroleh
atau 
(2.2)
Jika sambil bergerak m= konstan , kemudian
atau 
(2.3)
Dalam hal ini, hukum ke-2 dirumuskan sebagai berikut: gaya sama dengan produk massa tubuh dan percepatannya. Hukum ini adalah hukum dasar dinamika dan memungkinkan kita untuk menemukan hukum gerak benda dari gaya dan kondisi awal yang diberikan. hukum ke-3.
Kekuatan yang dengannya dua benda bekerja satu sama lain adalah sama dan diarahkan ke arah yang berlawanan, mis. 
, (2.4)
Hukum Newton memperoleh arti tertentu setelah gaya tertentu yang bekerja pada tubuh ditunjukkan. Misalnya, sering kali dalam mekanika gerakan benda disebabkan oleh aksi gaya-gaya seperti: gaya gravitasi 
, di mana r adalah jarak antara benda, adalah konstanta gravitasi; gravitasi - gaya gravitasi di dekat permukaan bumi, P=
mg; gaya gesek 
,di mana k dasar klasik mekanika adalah hukum Newton. studi kinematika...
Dasar-dasar kuantum mekanika dan pentingnya bagi kimia
Abstrak >> KimiaDengan interaksi elektromagnetik itulah keberadaan dan fisik sifat-sifat sistem atom-molekul, - lemah ... - bagian awal itu klasik teori ( mekanika dan termodinamika), pada dasar upaya apa yang dilakukan untuk menafsirkan ...
Penerapan konsep klasik mekanika dan termodinamika
Tes kerja >> FisikaMendasar fisik teori, yang memiliki status tinggi dalam fisika modern, adalah klasik Mekanika, dasar-dasar... . hukum klasik mekanika dan metode analisis matematis menunjukkan keefektifannya. Fisik percobaan...
Gagasan utama kuantum mekanika
Abstrak >> Fisikaterletak di dasar deskripsi mekanika kuantum dari sistem mikro, mirip dengan persamaan Hamilton di klasik mekanika. Dalam... gagasan kuantum mekanika intinya sebagai berikut: all fisik kuantitas klasik mekanika dalam kuantum mekanika cocok dengan "mereka"...
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 gerak 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 Ampre, 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 ck 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 hanya "kosong" 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 memunculkan jenis interaksi tertentu. Oleh karena itu, invarian 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.
Puncak 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 doktrin gravitasi universal Newton, atas dasar yang 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.
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.
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.
Hukum gravitasi universal.
Hukum gravitasi universal ditemukan oleh I. Newton pada tahun 1682. Menurut hipotesisnya, gaya tarik menarik bekerja di antara semua benda Semesta, diarahkan sepanjang garis yang menghubungkan pusat-pusat massa. Untuk benda berbentuk bola homogen, pusat massa berimpit dengan pusat bola.
Pada tahun-tahun berikutnya, Newton mencoba menemukan penjelasan fisik untuk hukum gerak planet yang ditemukan oleh I. Kepler pada awal abad ke-17, dan memberikan ekspresi kuantitatif untuk gaya gravitasi. Jadi, mengetahui bagaimana planet-planet bergerak, Newton ingin menentukan gaya apa yang bekerja pada mereka. Jalur ini disebut masalah kebalikan dari mekanika.
Jika tugas utama mekanika adalah menentukan koordinat benda yang massanya diketahui dan kecepatannya setiap saat dari gaya yang diketahui bekerja pada benda, maka ketika menyelesaikan masalah kebalikan, perlu untuk menentukan gaya yang bekerja pada benda tersebut. tubuh jika diketahui bagaimana gerakannya.
Pemecahan masalah ini membawa Newton pada penemuan hukum gravitasi universal: "Semua benda tertarik satu sama lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka."
Ada beberapa catatan penting yang harus dibuat tentang undang-undang ini.
1, tindakannya secara eksplisit meluas ke semua badan material fisik di Semesta tanpa kecuali.
2 gaya gravitasi bumi di permukaannya sama-sama mempengaruhi semua benda material yang terletak di manapun di dunia. Saat ini, gaya gravitasi bekerja pada kita, dan kita benar-benar merasakannya sebagai berat kita sendiri. Jika kita menjatuhkan sesuatu, itu, di bawah pengaruh gaya yang sama, akan meluncur ke tanah dengan percepatan yang seragam.
Banyak fenomena dijelaskan oleh aksi gaya gravitasi universal di alam: pergerakan planet-planet di tata surya, satelit buatan Bumi - semuanya dijelaskan berdasarkan hukum gravitasi universal dan hukum dinamika .
Newton adalah orang pertama yang menyatakan bahwa gaya gravitasi tidak hanya menentukan pergerakan planet-planet di tata surya; mereka bertindak di antara setiap benda di Alam Semesta. Salah satu manifestasi dari gaya gravitasi universal adalah gaya gravitasi - inilah yang biasa disebut gaya tarik benda-benda ke Bumi di dekat permukaannya.
Gaya gravitasi diarahkan ke pusat bumi. Dengan tidak adanya kekuatan lain, tubuh jatuh bebas ke Bumi dengan percepatan jatuh bebas.
Tiga prinsip mekanika.
Hukum mekanika Newton, tiga hukum yang mendasari disebut. mekanika klasik. Diformulasikan oleh I. Newton (1687).
Hukum pertama: "Setiap benda tetap dalam keadaan diam atau gerak lurus dan seragam, sampai dan sejauh ia dipaksa oleh gaya yang diterapkan untuk mengubah keadaan ini."
Hukum kedua: "Perubahan momentum sebanding dengan gaya penggerak yang diterapkan dan terjadi dalam arah garis lurus di mana gaya ini bekerja."
Hukum ketiga: "Selalu ada reaksi yang sama dan berlawanan untuk suatu tindakan, jika tidak, interaksi dua benda terhadap satu sama lain adalah sama dan diarahkan ke arah yang berlawanan." N.h. m.muncul sebagai hasil dari generalisasi berbagai pengamatan, eksperimen dan studi teoretis dari G. Galileo, H. Huygens, Newton sendiri, dan lain-lain.
Menurut gagasan dan terminologi modern, dalam hukum pertama dan kedua, tubuh harus dipahami sebagai titik material, dan di bawah gerakan - gerakan relatif terhadap kerangka acuan inersia. Ekspresi matematika dari hukum kedua dalam mekanika klasik memiliki bentuk atau mw = F, di mana m adalah massa titik, u adalah kecepatannya, a w adalah percepatan, F adalah gaya yang bekerja.
N.h. m tidak lagi berlaku untuk pergerakan objek berukuran sangat kecil (partikel elementer) dan untuk pergerakan dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya
©2015-2019 situs
Semua hak milik penulisnya. Situs ini tidak mengklaim kepengarangan, tetapi menyediakan penggunaan gratis.
Tanggal pembuatan halaman: 04-04-2017
