Beranda > Kuliah

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

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

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

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

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

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

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

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

Dalam arti pertama, hipotesis harus memenuhi persyaratan berikut:

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

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

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

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

Mekanika- 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 yang disebut tegangan. 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.

Kerangka acuan tersebut, dalam kaitannya dengan pemenuhan hukum pertama Newton, disebut kerangka acuan inersia (ISR). Oleh karena itu, hukum pertama Newton menegaskan adanya IFR.

• 
  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 adalah 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 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 jari-jari 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 = 1,610 –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 medan elektromagnetik apa pun, gaya bekerja pada muatan stasioner, yang besarnya hanya bergantung pada besarnya muatan (besarnya gaya sebanding dengan besarnya muatan) dan posisinya di medan. Di setiap titik medan dimungkinkan untuk menetapkan vektor tertentu , yang merupakan koefisien proporsionalitas antara gaya yang bekerja pada muatan tetap di dalam medan dan muatan tersebut . Kemudian gaya yang digunakan medan pada muatan tetap dapat ditentukan dengan rumus:

Gaya yang bekerja dari sisi medan elektromagnetik pada muatan tetap 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 uji 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 vektor tertentu diarahkan sepanjang arah MN, yang memiliki arti koefisien proporsionalitas antara gaya magnet dan produk, maka pengaturan , dan secara unik mencirikan keadaan medan yang menyebabkan munculnya . Vektor itu disebut vektor induksi elektromagnetik. Sejak dan , maka

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 tunggal (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 kita buat adalah model medan kontinu, karena fungsi dan deskripsi medan 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 lainnya:

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.

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 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. Jalan ini disebut masalah invers 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 menyarankan 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 ide dan terminologi modern, dalam hukum pertama dan kedua, tubuh harus dipahami sebagai titik material, dan 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

MEKANIKA KLASIK

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). Objek makroskopik dipahami sebagai objek yang dimensinya m (di sebelah kanan adalah ukuran molekul khas).

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 objek fisik yang diteliti kecil, maka sistem seperti itu adalah sistem kuantum, dan teorinya adalah 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.

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:

Dimana vektor pergeseran spasial, yang tidak bergantung pada nomor kejadian (indeks a).

2. Pergeseran waktu:

Dimana pergeseran waktu.

3. Rotasi spasial:

Dimana vektor rotasi sangat kecil (Gbr. 1.2).

4. Pembalikan waktu (time reversal):

5. Pembalikan spasial (pemantulan pada suatu titik):

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):

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, dengan syarat = konstan, kita memperoleh hukum klasik penambahan kecepatan

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 terhadap operasi inversi spasial: skalar atau pseudoskalar sejati, vektor sejati atau vektor semu.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Homogenitas waktu dimanifestasikan dalam hukum kekekalan energi.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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