მენეჯმენტის სახელმწიფო უნივერსიტეტი

დისტანციური სწავლების ინსტიტუტი

სპეციალობა - მენეჯმენტი

დისციპლინის მიხედვით: ქსე

„ნიუტონის მექანიკა არის ბუნების კლასიკური აღწერის საფუძველი. მექანიკის მთავარი ამოცანა და მისი გამოყენების საზღვრები.

შესრულდა

სტუდენტური ბარათი No1211

ჯგუფი No.UP4-1-98/2

1. შესავალი.________________________________________________ 3

2. ნიუტონის მექანიკა.________________________________________________ 5

2.1. ნიუტონის მოძრაობის კანონები.________________________________________________ 5

2.1.1. ნიუტონის პირველი კანონი _________________________________________________ 6

2.1.2. ნიუტონის მეორე კანონი _________________________________________________ 7

2.1.3. ნიუტონის მესამე კანონი.________________________________________________ 8

2.2. უნივერსალური მიზიდულობის კანონი _________________________________________________ 11

2.3. მექანიკის მთავარი ამოცანა.________________________________________________ 13

2.4. გამოყენებადობის საზღვრები.________________________________________________ 15

3. დასკვნა.________________________________________________ 18

4. ცნობათა ნუსხა.________________________________ 20

ნიუტონი (1643-1727)

ეს სამყარო ღრმა სიბნელეში იყო მოცული.

Დაე იყოს ნათელი! და აი, მოდის ნიუტონი.

1. შესავალი.

"ფიზიკის" ცნებას თავისი ფესვები აქვს ღრმა წარსულში, ბერძნულად ნიშნავს "ბუნებას". ამ მეცნიერების მთავარი ამოცანაა გარემომცველი სამყაროს „კანონების“ დადგენა. არისტოტელეს მოწაფის პლატონის ერთ-ერთ მთავარ ნაშრომს ეწოდა „ფიზიკა“.

იმ წლების მეცნიერებას ბუნებრივ-ფილოსოფიური ხასიათი ჰქონდა, ე.ი. გამომდინარე იქიდან, რომ ციური სხეულების უშუალოდ დაკვირვებული მოძრაობები მათი რეალური მოძრაობებია. აქედან გაკეთდა დასკვნა დედამიწის ცენტრალური პოზიციის შესახებ სამყაროში. ეს სისტემა სწორად ასახავდა დედამიწის, როგორც ციური სხეულის ზოგიერთ მახასიათებელს: იმ ფაქტს, რომ დედამიწა არის ბურთი, რომ ყველაფერი მიზიდულობს მისი ცენტრისკენ. ამრიგად, ეს დოქტრინა რეალურად ეხებოდა დედამიწას. თავის დროზე ის აკმაყოფილებდა სამეცნიერო ცოდნის ძირითად მოთხოვნებს. ჯერ ერთი, მან ახსნა ციური სხეულების დაკვირვებული მოძრაობები ერთიანი თვალსაზრისით და, მეორეც, შესაძლებელი გახადა მათი მომავალი პოზიციების გამოთვლა. ამავდროულად, ძველი ბერძნების თეორიული კონსტრუქციები წმინდა სპეკულაციური ხასიათისა იყო - ისინი სრულიად განშორებულნი იყვნენ ექსპერიმენტისგან.

ასეთი სისტემა არსებობდა მე-16 საუკუნემდე, კოპერნიკის მოძღვრების მოსვლამდე, რომელმაც შემდგომი დასაბუთება მიიღო გალილეოს ექსპერიმენტულ ფიზიკაში, კულმინაციას მიაღწია ნიუტონის მექანიკის შექმნით, რომელიც აერთიანებდა ციური სხეულებისა და ხმელეთის ობიექტების მოძრაობას ერთიანთან. მოძრაობის კანონები. ეს იყო უდიდესი რევოლუცია საბუნებისმეტყველო მეცნიერებაში, რომელმაც აღნიშნა მეცნიერების განვითარების დასაწყისი მისი თანამედროვე გაგებით.

გალილეო გალილეი თვლიდა, რომ სამყარო უსასრულოა და მატერია მარადიულია. ყველა პროცესში არაფერი ნადგურდება ან წარმოიქმნება - ხდება მხოლოდ სხეულების ან მათი ნაწილების შედარებითი პოზიციის ცვლილება. მატერია შედგება აბსოლუტურად განუყოფელი ატომებისგან, მისი მოძრაობა ერთადერთი უნივერსალური მექანიკური მოძრაობაა. ციური სხეულები დედამიწის მსგავსია და მექანიკის იმავე კანონებს ემორჩილება.

ნიუტონისთვის მნიშვნელოვანი იყო ცალსახად გაერკვია, ექსპერიმენტებისა და დაკვირვებების დახმარებით, შესასწავლი ობიექტის თვისებები და ინდუქციაზე დაფუძნებული თეორიის აგება ჰიპოთეზების გამოყენების გარეშე. ის გამომდინარეობდა იქიდან, რომ ფიზიკაში, როგორც ექსპერიმენტულ მეცნიერებაში, ადგილი არ არის ჰიპოთეზებისთვის. აღიარა ინდუქციური მეთოდის არასრულყოფილება, მან მიიჩნია ის ყველაზე უპირატესად სხვათა შორის.

როგორც ანტიკურ ეპოქაში, ასევე მე-17 საუკუნეში, აღიარებული იყო ზეციური სხეულების მოძრაობის შესწავლის მნიშვნელობა. მაგრამ თუ ძველი ბერძნებისთვის ამ პრობლემას უფრო ფილოსოფიური მნიშვნელობა ჰქონდა, მაშინ მე-17 საუკუნისთვის პრაქტიკული ასპექტი დომინირებდა. ნავიგაციის განვითარებამ მოითხოვა უფრო ზუსტი ასტრონომიული ცხრილების შემუშავება ნავიგაციის მიზნებისთვის, ვიდრე ასტროლოგიური მიზნებისთვის. მთავარი ამოცანა იყო ასტრონომებისა და ნავიგატორებისთვის აუცილებელი გრძედი განსაზღვრა. ამ მნიშვნელოვანი პრაქტიკული პრობლემის გადასაჭრელად შეიქმნა პირველი სახელმწიფო ობსერვატორიები (1672 წელს პარიზი, 1675 წელს გრინვიჩი). არსებითად, ეს იყო აბსოლუტური დროის განსაზღვრის ამოცანა, რომელიც ადგილობრივ დროთან შედარებით, იძლევა დროის ინტერვალს, რომელიც შეიძლებოდა გარდაიქმნას გრძედად. ამ დროის დადგენა შესაძლებელი გახდა ვარსკვლავებს შორის მთვარის მოძრაობაზე დაკვირვებით, ასევე აბსოლუტურ დროში დაყენებული ზუსტი საათის დახმარებით და დამკვირვებლის ხელში. პირველ შემთხვევაში, ციური სხეულების პოზიციის გამოსაცნობად ძალიან ზუსტი ცხრილები იყო საჭირო, ხოლო მეორესთვის - აბსოლუტურად ზუსტი და საიმედო საყურებელი მექანიზმები. ამ მიმართულებით მუშაობა წარმატებული არ ყოფილა. გამოსავლის პოვნა მხოლოდ ნიუტონმა მიაღწია, რომელმაც უნივერსალური გრავიტაციის კანონის და მექანიკის სამი ძირითადი კანონის, აგრეთვე დიფერენციალური და ინტეგრალური გამოთვლების აღმოჩენის წყალობით, მექანიკას მიანიჭა ინტეგრალური სამეცნიერო თეორიის ხასიათი.

2. ნიუტონის მექანიკა.

ი.ნიუტონის სამეცნიერო ნაშრომის მწვერვალია მისი უკვდავი ნაშრომი „ბუნების ფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები“, რომელიც პირველად გამოიცა 1687 წელს. მასში მან შეაჯამა თავისი წინამორბედების მიერ მიღებული შედეგები და საკუთარი კვლევები და პირველად შექმნა ხმელეთის და ციური მექანიკის ერთიანი ჰარმონიული სისტემა, რომელიც საფუძვლად დაედო ყველა კლასიკურ ფიზიკას. აქ ნიუტონმა მისცა საწყისი ცნებების განმარტებები - მატერიის რაოდენობა, მასის ტოლფასი, სიმკვრივე; იმპულსის ეკვივალენტური მოძრაობის რაოდენობა და ძალის სხვადასხვა ტიპები. მატერიის რაოდენობის ცნების ჩამოყალიბებისას, მან წამოიწია იმ იდეიდან, რომ ატომები შედგება ერთიანი პირველადი მატერიისგან; სიმკვრივე გაგებული იყო, როგორც სხეულის ერთეული მოცულობის პირველადი ნივთიერებით შევსების ხარისხი. ეს ნაშრომი ასახავს ნიუტონის დოქტრინას უნივერსალური გრავიტაციის შესახებ, რომლის საფუძველზეც მან შეიმუშავა პლანეტების, თანამგზავრების და კომეტების მოძრაობის თეორია, რომლებიც ქმნიან მზის სისტემას. ამ კანონის საფუძველზე მან ახსნა მოქცევის ფენომენი და იუპიტერის შეკუმშვა.

ნიუტონის კონცეფცია იყო მრავალი ტექნიკური წინსვლის საფუძველი ხანგრძლივი დროის განმავლობაში. მის საფუძველზე ჩამოყალიბდა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების სხვადასხვა დარგში მეცნიერული კვლევის მრავალი მეთოდი.

2.1. ნიუტონის მოძრაობის კანონები.

თუ კინემატიკა სწავლობს გეომეტრიული სხეულის მოძრაობას, რომელსაც არ გააჩნია მატერიალური სხეულის რაიმე თვისება, გარდა სივრცეში გარკვეული ადგილის დაკავებისა და დროთა განმავლობაში ამ პოზიციის შეცვლის შესაძლებლობისა, მაშინ დინამიკა სწავლობს რეალური სხეულების მოძრაობას მოქმედების ქვეშ. მათ მიმართ გამოყენებული ძალები. ნიუტონის მიერ დადგენილი მექანიკის სამი კანონი ეფუძნება დინამიკას და წარმოადგენს კლასიკური მექანიკის მთავარ ნაწილს.

მათი პირდაპირ გამოყენება შესაძლებელია მოძრაობის უმარტივეს შემთხვევაზე, როდესაც მოძრავი სხეული განიხილება როგორც მატერიალური წერტილი, ე.ი. როდესაც სხეულის ზომა და ფორმა არ არის გათვალისწინებული და როდესაც სხეულის მოძრაობა განიხილება, როგორც წერტილის მოძრაობა მასით. მდუღარე წყალში, წერტილის მოძრაობის აღსაწერად, შეგიძლიათ აირჩიოთ ნებისმიერი კოორდინატთა სისტემა, რომლის მიმართაც განისაზღვრება ამ მოძრაობის დამახასიათებელი რაოდენობები. ნებისმიერი სხეული, რომელიც მოძრაობს სხვა სხეულებთან შედარებით, შეიძლება მივიჩნიოთ საცნობარო სხეულად. დინამიკაში საქმე ეხება ინერციულ კოორდინატულ სისტემებს, რომლებიც ხასიათდება იმით, რომ მათთან შედარებით თავისუფალი მატერიალური წერტილი მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით.

2.1.1. ნიუტონის პირველი კანონი.

ინერციის კანონი პირველად დაადგინა გალილეომ ჰორიზონტალური მოძრაობის შემთხვევისთვის: როდესაც სხეული მოძრაობს ჰორიზონტალურ სიბრტყეში, მაშინ მისი მოძრაობა ერთგვაროვანია და მუდმივად გაგრძელდება, თუ სიბრტყე უსასრულოდ ვრცელდება სივრცეში. ნიუტონმა მოგვცა ინერციის კანონის უფრო ზოგადი ფორმულირება, როგორც მოძრაობის პირველი კანონი: ყველა სხეული იმყოფება მოსვენების მდგომარეობაში ან ერთგვაროვან სწორხაზოვან მოძრაობაში, სანამ მასზე მოქმედი ძალები არ შეცვლიან ამ მდგომარეობას.

ცხოვრებაში, ეს კანონი აღწერს შემთხვევას, როდესაც, თუ თქვენ შეწყვეტთ მოძრავ სხეულს დაჭიმვას ან ბიძგს, მაშინ ის ჩერდება და არ აგრძელებს მოძრაობას მუდმივი სიჩქარით. ასე რომ, მანქანა გამორთული ძრავით ჩერდება. ნიუტონის კანონის მიხედვით, ინერციით მოძრავ მანქანაზე უნდა მოქმედებდეს დამუხრუჭების ძალა, რაც პრაქტიკაში არის ჰაერის წინააღმდეგობა და მანქანის საბურავების ხახუნი მაგისტრალის ზედაპირზე. ისინი მანქანას ეუბნებიან უარყოფით აჩქარებას, სანამ არ გაჩერდება.

კანონის ამ ფორმულირების მინუსი არის ის, რომ ის არ შეიცავს მითითებას მოძრაობის ინერციულ კოორდინატთა სისტემაზე გადაყვანის აუცილებლობის შესახებ. ფაქტია, რომ ნიუტონმა არ გამოიყენა ინერციული კოორდინატთა სისტემის ცნება - ამის ნაცვლად, მან შემოიტანა ცნება აბსოლუტური სივრცის - ერთგვაროვანი და უმოძრაო, - რომელთანაც მან დააკავშირა გარკვეული აბსოლუტური კოორდინატთა სისტემა, რომლის მიმართაც სხეულის სიჩქარე იყო. განსაზღვრული. როდესაც გამოვლინდა აბსოლუტური სივრცის, როგორც აბსოლუტური საცნობარო სისტემის სიცარიელე, ინერციის კანონის სხვაგვარად ჩამოყალიბება დაიწყო: ინერციული კოორდინატთა სისტემის მიმართ თავისუფალი სხეული ინარჩუნებს დასვენების მდგომარეობას ან ერთგვაროვან სწორხაზოვან მოძრაობას.

2.1.2. ნიუტონის მეორე კანონი.

მეორე კანონის ფორმულირებისას ნიუტონმა შემოიტანა ცნებები:

აჩქარება არის ვექტორული სიდიდე (ნიუტონმა მას იმპულსი უწოდა და გაითვალისწინა სიჩქარის პარალელოგრამის წესის ჩამოყალიბებისას), რომელიც განსაზღვრავს სხეულის სიჩქარის ცვლილების სიჩქარეს.

ძალა არის ვექტორული სიდიდე, გაგებული, როგორც სხვა სხეულების ან ველების მიერ სხეულზე მექანიკური მოქმედების საზომი, რის შედეგადაც სხეული იძენს აჩქარებას ან იცვლის ფორმასა და ზომას.

სხეულის მასა არის ფიზიკური სიდიდე, მატერიის ერთ-ერთი მთავარი მახასიათებელი, რომელიც განსაზღვრავს მის ინერციულ და გრავიტაციულ თვისებებს.

მექანიკის მეორე კანონი ამბობს: სხეულზე მოქმედი ძალა ტოლია სხეულის მასისა და ამ ძალის მიერ მიწოდებული აჩქარების ნამრავლისა. ეს არის მისი თანამედროვე ფორმულირება. ნიუტონმა სხვაგვარად ჩამოაყალიბა: იმპულსის ცვლილება გამოყენებული მოქმედი ძალის პროპორციულია და ხდება იმ სწორი ხაზის მიმართულებით, რომლის გასწვრივაც მოქმედებს ეს ძალა, და უკუპროპორციულია სხეულის მასის ან მათემატიკურად:

ამ კანონის გამოცდილებით დადასტურება ადვილია, თუ ზამბარის ბოლოს ეტლი დამაგრდება და ზამბარა გამოუშვებს, მაშინ დროთა განმავლობაში ტეტლი გზას გაივლის s 1(სურ. 1), შემდეგ ერთსა და იმავე ზამბარზე მიამაგრეთ ორი ურიკა, ე.ი. გააორმაგეთ სხეულის წონა და გამოუშვით ზამბარა, შემდეგ იმავე დროს ტისინი წავლენ გზაზე s2, ორჯერ ნაკლები ვიდრე s 1 .

ეს კანონი ასევე მოქმედებს მხოლოდ ინერციულ საანგარიშო ჩარჩოებში. მათემატიკური თვალსაზრისით, პირველი კანონი მეორე კანონის განსაკუთრებული შემთხვევაა, რადგან თუ მიღებული ძალები ნულია, მაშინ აჩქარებაც ნულის ტოლია. თუმცა ნიუტონის პირველი კანონი დამოუკიდებელ კანონად ითვლება, რადგან სწორედ ის ამტკიცებს ინერციული სისტემების არსებობას.

2.1.3. ნიუტონის მესამე კანონი.

ნიუტონის მესამე კანონი ამბობს: მოქმედებაზე ყოველთვის არის თანაბარი და საპირისპირო რეაქცია, წინააღმდეგ შემთხვევაში სხეულები ერთმანეთზე მოქმედებენ ერთი სწორი ხაზის გასწვრივ მიმართული ძალებით, სიდიდით თანაბარი და მიმართულებით საპირისპირო ან მათემატიკურად:

ნიუტონმა გააფართოვა ამ კანონის მოქმედება სხეულების შეჯახების შემთხვევაში და მათი ურთიერთმიზიდულობის შემთხვევაში. ამ კანონის უმარტივესი დემონსტრირება არის სხეული, რომელიც მდებარეობს ჰორიზონტალურ სიბრტყეზე, რომელზედაც მოქმედებს სიმძიმის ძალა. ფ ტდა მხარდაჭერა რეაქცია ძალა F შესახებ, ერთ სწორ ხაზზე დაწოლილი, მნიშვნელობით თანაბარი და საპირისპიროდ მიმართული, ამ ძალების თანასწორობა საშუალებას აძლევს სხეულს იყოს მოსვენებული (ნახ. 2).

შედეგები მომდინარეობს ნიუტონის მოძრაობის სამი ფუნდამენტური კანონიდან, რომელთაგან ერთ-ერთია იმპულსის დამატება პარალელოგრამის წესის მიხედვით. სხეულის აჩქარება დამოკიდებულია სიდიდეებზე, რომლებიც ახასიათებს სხვა სხეულების მოქმედებას მოცემულ სხეულზე, აგრეთვე სიდიდეებზე, რომლებიც განსაზღვრავენ ამ სხეულის მახასიათებლებს. სხვა სხეულებისგან სხეულზე მექანიკურ მოქმედებას, რომელიც ცვლის ამ სხეულის მოძრაობის სიჩქარეს, ეწოდება ძალა. მას შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული ბუნება (სიმძიმე, ელასტიურობა და ა.შ.). სხეულის სიჩქარის ცვლილება არ არის დამოკიდებული ძალების ბუნებაზე, არამედ მათ სიდიდეზე. ვინაიდან სიჩქარე და ძალა ვექტორებია, რამდენიმე ძალის მოქმედება ემატება პარალელოგრამის წესის მიხედვით. სხეულის თვისება, რომელზედაც დამოკიდებულია მის მიერ შეძენილი აჩქარება, არის ინერცია, რომელიც იზომება მასით. კლასიკურ მექანიკაში, სინათლის სიჩქარეზე გაცილებით ნაკლებ სიჩქარეებთან საქმე, მასა თავად სხეულის მახასიათებელია, მიუხედავად იმისა, მოძრაობს თუ არა. სხეულის მასა კლასიკურ მექანიკაში არც სხეულის ურთიერთქმედებაზეა დამოკიდებული სხვა სხეულებთან. მასის ამ თვისებამ აიძულა ნიუტონი მიეღო მასა მატერიის საზომად და დაეჯერებინა, რომ მისი სიდიდე განსაზღვრავს მატერიის რაოდენობას სხეულში. ამრიგად, მასის გაგება დაიწყო, როგორც მატერიის რაოდენობა.

მატერიის რაოდენობა გაზომვადია, სხეულის წონის პროპორციულია. წონა არის ძალა, რომლითაც სხეული მოქმედებს საყრდენზე, რომელიც ხელს უშლის მის თავისუფლად დაცემას. რიცხობრივად, წონა ტოლია სხეულის მასისა და სიმძიმის აჩქარების ნამრავლის. დედამიწის შეკუმშვისა და მისი ყოველდღიური ბრუნვის გამო სხეულის წონა იცვლება განედთან ერთად და 0,5%-ით ნაკლებია ეკვატორზე, ვიდრე პოლუსებზე. ვინაიდან მასა და წონა მკაცრად პროპორციულია, შესაძლებელი გახდა მატერიის მასის ან რაოდენობის პრაქტიკულად გაზომვა. იმის გაგებამ, რომ წონა არის ცვლადი ეფექტი სხეულზე, აიძულა ნიუტონს დაედგინა სხეულის შინაგანი მახასიათებელი - ინერცია, რომელიც მან განიხილა, როგორც სხეულის თანდაყოლილი უნარი, შეენარჩუნებინა ერთიანი მართკუთხა მოძრაობა მასის პროპორციულად. მასა, როგორც ინერციის საზომი, შეიძლება გაიზომოს ბალანსით, ისევე როგორც ნიუტონი.

უწონობის მდგომარეობაში მასის გაზომვა შესაძლებელია ინერციით. ინერციის გაზომვა არის მასის გაზომვის ჩვეულებრივი გზა. მაგრამ ინერცია და წონა განსხვავებული ფიზიკური ცნებებია. მათი პროპორციულობა ერთმანეთთან ძალიან მოსახერხებელია პრაქტიკული თვალსაზრისით - სასწორის დახმარებით მასის გასაზომად. ამრიგად, ძალისა და მასის ცნებების დამკვიდრებამ, ასევე მათი გაზომვის მეთოდმა ნიუტონს საშუალება მისცა ჩამოეყალიბებინა მექანიკის მეორე კანონი.

მექანიკის პირველი და მეორე კანონები, შესაბამისად, ეხება მატერიალური წერტილის ან ერთი სხეულის მოძრაობას. ამ შემთხვევაში მხედველობაში მიიღება მხოლოდ სხვა ორგანოების მოქმედება ამ ორგანოზე. თუმცა, ყოველი ქმედება არის ურთიერთქმედება. ვინაიდან მექანიკაში მოქმედება ხასიათდება ძალით, თუ ერთი სხეული მოქმედებს მეორეზე გარკვეული ძალით, მაშინ მეორე მოქმედებს პირველზე იგივე ძალით, რაც აფიქსირებს მექანიკის მესამე კანონს. ნიუტონის ფორმულირებით, მექანიკის მესამე კანონი მოქმედებს მხოლოდ ძალების უშუალო ურთიერთქმედების შემთხვევაში ან ერთი სხეულის მოქმედების მეორეზე მყისიერი გადაცემისთვის. მოქმედების სასრულ ვადაზე გადაცემის შემთხვევაში ეს კანონი მოქმედებს, როდესაც შესაძლებელია მოქმედების გადაცემის დროის უგულებელყოფა.

2.2. უნივერსალური მიზიდულობის კანონი.

მიჩნეულია, რომ ნიუტონის დინამიკის ბირთვი ძალის ცნებაა და დინამიკის მთავარი ამოცანაა კანონის დადგენა მოცემული მოძრაობიდან და, პირიქით, სხეულების მოძრაობის კანონის განსაზღვრა მოცემული ძალის მიხედვით. კეპლერის კანონებიდან ნიუტონმა გამოიტანა მზისკენ მიმართული ძალის არსებობა, რომელიც უკუპროპორციული იყო მზიდან პლანეტების მანძილის კვადრატთან. კეპლერის, ჰიუგენსის, დეკარტის, ბორელის, ჰუკის, ნიუტონის მიერ გამოთქმული იდეების განზოგადებამ მათ მათემატიკური კანონის ზუსტი ფორმა მისცა, რომლის მიხედვითაც დადასტურდა ბუნებაში უნივერსალური მიზიდულობის ძალის არსებობა, რომელიც განსაზღვრავს სხეულების მიზიდულობას. მიზიდულობის ძალა პირდაპირპროპორციულია გრავიტაციული სხეულების მასების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა, ან მათემატიკურად:

სადაც G არის გრავიტაციული მუდმივი.

ეს კანონი აღწერს ნებისმიერი სხეულების ურთიერთქმედებას - მნიშვნელოვანია მხოლოდ ის, რომ სხეულებს შორის მანძილი საკმარისად დიდი იყოს მათ ზომებთან შედარებით, ეს საშუალებას გვაძლევს მივიღოთ სხეულები მატერიალური წერტილებისთვის. ნიუტონის გრავიტაციის თეორიაში ვარაუდობენ, რომ გრავიტაციული ძალა ერთი გრავიტაციული სხეულიდან მეორეზე გადადის მყისიერად და რაიმე საშუალების შუამავლობის გარეშე. უნივერსალური გრავიტაციის კანონმა გამოიწვია ხანგრძლივი და გააფთრებული დისკუსიები. ეს არ იყო შემთხვევითი, ვინაიდან ამ კანონს მნიშვნელოვანი ფილოსოფიური მნიშვნელობა ჰქონდა. დასკვნა ის იყო, რომ ნიუტონამდე ფიზიკური თეორიების შექმნის მიზანი იყო ფიზიკური ფენომენების მექანიზმის იდენტიფიცირება და წარმოჩენა მისი ყველა დეტალით. იმ შემთხვევებში, როდესაც ეს ვერ მოხერხდა, არგუმენტი წამოიჭრა ე.წ. „ფარულ თვისებებზე“, რომლებიც არ ექვემდებარება დეტალურ ინტერპრეტაციას. ბეკონმა და დეკარტმა გამოაცხადეს ცნობები "ფარულ თვისებებზე" არამეცნიერულად. დეკარტს სჯეროდა, რომ ბუნებრივი ფენომენის არსის გაგება მხოლოდ იმ შემთხვევაშია შესაძლებელი, თუ ის ვიზუალურად არის წარმოსახული. ამრიგად, მან წარმოადგინა გრავიტაციის ფენომენები ეთერული მორევების დახმარებით. ასეთი იდეების ფართო გამოყენების კონტექსტში, ნიუტონის უნივერსალური მიზიდულობის კანონი, მიუხედავად იმისა, რომ მან აჩვენა მის საფუძველზე ჩატარებული ასტრონომიული დაკვირვებების შესაბამისობა უპრეცედენტო სიზუსტით, ეჭვქვეშ დადგა იმ მიზეზით, რომ სხეულების ურთიერთმიზიდულობა ძალიან ჰგავდა. „ფარული თვისებების“ პერიპატეტიკური დოქტრინა. და მიუხედავად იმისა, რომ ნიუტონმა დაადგინა მისი არსებობის ფაქტი მათემატიკური ანალიზისა და ექსპერიმენტული მონაცემების საფუძველზე, მათემატიკური ანალიზი ჯერ არ დამკვიდრებულა მკვლევართა გონებაში, როგორც საკმარისად საიმედო მეთოდი. მაგრამ ფიზიკური კვლევის შეზღუდვის სურვილმა ფაქტებით, რომლებიც არ აცხადებენ აბსოლუტურ ჭეშმარიტებას, მისცა ნიუტონს დაესრულებინა ფიზიკის, როგორც დამოუკიდებელი მეცნიერების ჩამოყალიბება და გამოეყო იგი ბუნებრივი ფილოსოფიისგან თავისი პრეტენზიებით აბსოლუტურ ცოდნაზე.

უნივერსალური მიზიდულობის კანონში მეცნიერებამ მიიღო ბუნების კანონის მაგალითი, როგორც აბსოლუტურად ზუსტი წესი, რომელიც გამოიყენება ყველგან, გამონაკლისის გარეშე, ზუსტად განსაზღვრული შედეგებით. ეს კანონი კანტმა შეიტანა თავის ფილოსოფიაში, სადაც ბუნება წარმოდგენილი იყო აუცილებლობის სფეროდ მორალის საპირისპიროდ - თავისუფლების სფერო.

ნიუტონის ფიზიკური კონცეფცია მე-17 საუკუნის ფიზიკის ერთგვარი დამაგვირგვინებელი მიღწევა იყო. სამყაროსადმი სტატიკური მიდგომა შეიცვალა დინამიურით. კვლევის ექსპერიმენტულ-მათემატიკური მეთოდი, რომელმაც შესაძლებელი გახადა მე -17 საუკუნის ფიზიკის მრავალი პრობლემის გადაჭრა, აღმოჩნდა შესაფერისი ფიზიკური პრობლემების გადასაჭრელად კიდევ ორი ​​საუკუნის განმავლობაში.

2.3. მექანიკის მთავარი ამოცანა.

კლასიკური მექანიკის განვითარების შედეგი იყო სამყაროს ერთიანი მექანიკური სურათის შექმნა, რომლის ფარგლებშიც სამყაროს მთელი ხარისხობრივი მრავალფეროვნება აიხსნებოდა სხეულების მოძრაობის განსხვავებებით, რომლებიც ექვემდებარება ნიუტონის მექანიკის კანონებს. სამყაროს მექანიკური სურათის მიხედვით, თუ სამყაროს ფიზიკური ფენომენის ახსნა შეიძლებოდა მექანიკის კანონების საფუძველზე, მაშინ ასეთი ახსნა მეცნიერულად იქნა აღიარებული. ამრიგად, ნიუტონის მექანიკა გახდა მსოფლიოს მექანიკური სურათის საფუძველი, რომელიც დომინირებდა მე-19 და მე-20 საუკუნეების მიჯნაზე სამეცნიერო რევოლუციამდე.

ნიუტონის მექანიკამ, წინა მექანიკური ცნებებისგან განსხვავებით, შესაძლებელი გახადა გადაეწყვიტა მოძრაობის ნებისმიერი ეტაპის პრობლემა, როგორც წინა, ისე შემდგომი და სივრცის ნებისმიერ წერტილში ცნობილი ფაქტებით, რომლებიც განსაზღვრავენ ამ მოძრაობას, ისევე როგორც დადგენის შებრუნებული პრობლემა. ამ ფაქტორების სიდიდე და მიმართულება.ნებისმიერ წერტილში მოძრაობის ცნობილი ძირითადი ელემენტებით. ამის გამო, ნიუტონის მექანიკა შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც მეთოდი მექანიკური მოძრაობის რაოდენობრივი ანალიზისთვის. ნებისმიერი ფიზიკური ფენომენის შესწავლა შესაძლებელია როგორც, მიუხედავად მათი გამომწვევი ფაქტორებისა. მაგალითად, შეგიძლიათ გამოთვალოთ დედამიწის თანამგზავრის სიჩქარე: სიმარტივისთვის ვიპოვოთ თანამგზავრის სიჩქარე, რომლის ორბიტაც დედამიწის რადიუსის ტოლია (ნახ. 3). საკმარისი სიზუსტით, ჩვენ შეგვიძლია გავაიგივოთ თანამგზავრის აჩქარება დედამიწის ზედაპირზე თავისუფალი ვარდნის აჩქარებასთან:

მეორეს მხრივ, თანამგზავრის ცენტრიდანული აჩქარება.

სად . ამ სიჩქარეს ეწოდება პირველი კოსმოსური სიჩქარე. ნებისმიერი მასის სხეული, რომელსაც ასეთი სიჩქარე მიეწოდება, გახდება დედამიწის თანამგზავრი.

ნიუტონის მექანიკის კანონები ძალას უკავშირდება არა მოძრაობასთან, არამედ მოძრაობის ცვლილებასთან. ამან შესაძლებელი გახადა უარი ეთქვა ტრადიციული ცნების შესახებ, რომ ძალა საჭიროა მოძრაობის შესანარჩუნებლად, და გადაეტანა ხახუნი, რამაც ძალა აუცილებელი გახადა მოძრაობის შენარჩუნების მექანიზმებში, მეორეხარისხოვან როლზე. ჩამოაყალიბა სამყაროს დინამიური შეხედულება ტრადიციული სტატიკურის ნაცვლად, ნიუტონმა თავისი დინამიკა თეორიული ფიზიკის საფუძვლად აქცია. მიუხედავად იმისა, რომ ნიუტონი ფრთხილი იყო ბუნებრივი მოვლენების მექანიკურ ინტერპრეტაციაში, მან მაინც მიიჩნია, რომ სასურველია სხვა ბუნებრივი ფენომენების გამოყვანა მექანიკის პრინციპებიდან. ფიზიკის შემდგომი განვითარება დაიწყო მექანიკის აპარატის შემდგომი განვითარების მიმართულებით კონკრეტული პრობლემების გადაჭრასთან დაკავშირებით, რადგან მათი გადაჭრა გაძლიერდა სამყაროს მექანიკური სურათი.

2.4. გამოყენების შეზღუდვები.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში ფიზიკის განვითარების შედეგად განისაზღვრა კლასიკური მექანიკის ფარგლები: მისი კანონები მოქმედებს იმ მოძრაობებზე, რომელთა სიჩქარე გაცილებით ნაკლებია ვიდრე სინათლის სიჩქარე. აღმოჩნდა, რომ სიჩქარის მატებასთან ერთად, სხეულის წონა იმატებს. ზოგადად, კლასიკური მექანიკის ნიუტონის კანონები მოქმედებს ინერციული მითითების სისტემის შემთხვევაში. არაინერციული მითითების ჩარჩოების შემთხვევაში სიტუაცია განსხვავებულია. არაინერციული კოორდინატთა სისტემის აჩქარებული მოძრაობით ინერციულ სისტემასთან მიმართებაში, ამ სისტემაში არ მოქმედებს ნიუტონის პირველი კანონი (ინერციის კანონი) - მასში არსებული თავისუფალი სხეულები დროთა განმავლობაში შეცვლიან მოძრაობის სიჩქარეს.

პირველი შეუსაბამობა კლასიკურ მექანიკაში გამოვლინდა, როდესაც მიკროსამყარო აღმოაჩინეს. კლასიკურ მექანიკაში, სივრცეში გადაადგილებები და სიჩქარის განსაზღვრა შეისწავლეს იმისდა მიუხედავად, თუ როგორ განხორციელდა ეს გადაადგილებები. მიკროსამყაროს ფენომენებთან დაკავშირებით, ასეთი ვითარება, როგორც აღმოჩნდა, პრინციპში შეუძლებელია. აქ კინემატიკის საფუძვლად არსებული სივრცით-დროითი ლოკალიზაცია შესაძლებელია მხოლოდ ზოგიერთი კონკრეტული შემთხვევისთვის, რაც დამოკიდებულია მოძრაობის სპეციფიკურ დინამიურ პირობებზე. მაკრო მასშტაბით კინემატიკის გამოყენება საკმაოდ მისაღებია. მიკრო სკალებისთვის, სადაც მთავარი როლი კვანტებს ეკუთვნის, კინემატიკა, რომელიც სწავლობს მოძრაობას დინამიური პირობების მიუხედავად, აზრს კარგავს.

მიკროსამყაროს სასწორებისთვის ნიუტონის მეორე კანონი დაუსაბუთებელი აღმოჩნდა - ის მოქმედებს მხოლოდ ფართომასშტაბიანი ფენომენებისთვის. აღმოჩნდა, რომ შესწავლილი სისტემის დამახასიათებელი ნებისმიერი სიდიდის გაზომვის მცდელობა იწვევს ამ სისტემის დამახასიათებელ სხვა რაოდენობებში უკონტროლო ცვლილებას: თუ მცდელობა ხდება პოზიციის დადგენა სივრცეში და დროში, ეს იწვევს შესაბამისი კონიუგატური სიდიდის უკონტროლო ცვლილებას. , რომელიც განსაზღვრავს დინამიურ სახელმწიფო სისტემებს. ამრიგად, შეუძლებელია ზუსტად გავზომოთ ორი ურთიერთშეკავშირებული რაოდენობა ერთდროულად. რაც უფრო ზუსტად არის განსაზღვრული სისტემის დამახასიათებელი ერთი სიდიდის მნიშვნელობა, მით უფრო გაურკვეველია მისი კონიუგატური სიდიდის მნიშვნელობა. ამ გარემოებამ გამოიწვია მნიშვნელოვანი ცვლილება შეხედულებებში საგნების ბუნების გაგების შესახებ.

კლასიკურ მექანიკაში შეუსაბამობა გამომდინარეობს იქიდან, რომ მომავალი გარკვეული გაგებით მთლიანად შეიცავს აწმყოში - ეს განსაზღვრავს სისტემის ქცევის ზუსტად პროგნოზირების შესაძლებლობას დროის ნებისმიერ მომავალ მომენტში. ეს შესაძლებლობა გვთავაზობს ორმხრივად შერწყმული რაოდენობების ერთდროულ განსაზღვრას. მიკროსამყაროს სფეროში ეს შეუძლებელი აღმოჩნდა, რაც მნიშვნელოვან ცვლილებებს იწვევს შორსმჭვრეტელობის შესაძლებლობებისა და ბუნებრივი ფენომენების ურთიერთობის გაგებაში: ვინაიდან სისტემის მდგომარეობის დამახასიათებელი რაოდენობების მნიშვნელობა გარკვეულ მომენტში დროის დადგენა შესაძლებელია მხოლოდ გარკვეული გაურკვევლობით, მაშინ გამორიცხულია ამ რაოდენობების მნიშვნელობების ზუსტად პროგნოზირების შესაძლებლობა მომდევნო პერიოდებში. დროის წერტილები, ე.ი. შესაძლებელია მხოლოდ გარკვეული მნიშვნელობების მიღების ალბათობის პროგნოზირება.

კიდევ ერთი აღმოჩენა, რომელმაც შეარყია კლასიკური მექანიკის საფუძვლები, იყო ველის თეორიის შექმნა. კლასიკური მექანიკა ცდილობდა დაეყვანა ყველა ბუნებრივი მოვლენა მატერიის ნაწილაკებს შორის მოქმედ ძალებამდე - ელექტრული სითხეების კონცეფცია სწორედ ამაზე იყო დაფუძნებული. ამ კონცეფციის ფარგლებში მხოლოდ სუბსტანცია და მისი ცვლილებები იყო რეალური - აქ ორი ელექტრული მუხტის მოქმედების აღწერა მათთან დაკავშირებული ცნებების დახმარებით ყველაზე მნიშვნელოვანად იქნა აღიარებული. ამ ბრალდებებს შორის ველის აღწერა და არა თავად ბრალდებების, ძალიან მნიშვნელოვანი იყო ბრალდების მოქმედების გასაგებად. აი, ნიუტონის მესამე კანონის დარღვევის მარტივი მაგალითი ასეთ პირობებში: თუ დამუხტული ნაწილაკი შორდება გამტარს, რომლის მეშვეობითაც დენი მიედინება და შესაბამისად მის ირგვლივ იქმნება მაგნიტური ველი, მაშინ დამუხტული ნაწილაკიდან მიღებული ძალა მოქმედებს დირიჟორი დენით არის ზუსტად ნული.

შექმნილ ახალ რეალობას ადგილი არ ჰქონდა მსოფლიოს მექანიკურ სურათში. შედეგად, ფიზიკამ დაიწყო ორ რეალობასთან – მატერიასთან და ველთან შეხება. თუ კლასიკური ფიზიკა მატერიის ცნებას ეფუძნებოდა, მაშინ ახალი რეალობის გამოვლენით, სამყაროს ფიზიკური სურათი უნდა გადასინჯულიყო. ეთერის დახმარებით ელექტრომაგნიტური ფენომენების ახსნის მცდელობები გაუმართლებელი აღმოჩნდა. ეთერი ექსპერიმენტულად არ იქნა ნაპოვნი. ამან განაპირობა ფარდობითობის თეორიის შექმნა, რამაც აიძულა გადაგვეხედა კლასიკური ფიზიკისთვის დამახასიათებელი იდეები სივრცისა და დროის შესახებ. ამრიგად, ორი კონცეფცია - კვანტების თეორია და ფარდობითობის თეორია - გახდა ახალი ფიზიკური ცნებების საფუძველი.

3. დასკვნა.

ნიუტონის წვლილი საბუნებისმეტყველო მეცნიერების განვითარებაში იყო ის, რომ მან მისცა მათემატიკური მეთოდი ფიზიკური კანონების რაოდენობრივად გაზომვადი შედეგებად გადაქცევისთვის, რაც შეიძლება დადასტურდეს დაკვირვებებით და, პირიქით, ფიზიკური კანონების გამოყვანა ასეთი დაკვირვებებიდან. როგორც თავად წერდა "პრინციპების" წინასიტყვაობაში, "... ჩვენ ვთავაზობთ ამ ნაშრომს, როგორც ფიზიკის მათემატიკურ საფუძვლებს. ფიზიკის მთელი სირთულე ... მდგომარეობს ბუნების ძალების ამოცნობაში მოძრაობის ფენომენებით და შემდეგ ამ ძალების გამოყენება დანარჩენი ფენომენების ასახსნელად... სასურველი იქნებოდა მექანიკის პრინციპებიდან გამოვიყვანოთ ბუნების დანარჩენი ფენომენები, მსგავსი მსჯელობა, რადგან ბევრი რამ მაიძულებს ვივარაუდო, რომ ყველა ეს ფენომენი არის განსაზღვრულია გარკვეული ძალებით, რომლითაც სხეულების ნაწილაკები, ჯერ კიდევ უცნობი მიზეზების გამო, ან მიდრეკილნი არიან ერთმანეთისკენ და ერწყმიან რეგულარულ ფიგურებს, ან ორმხრივ იგერიებენ და შორდებიან ერთმანეთს. ვინაიდან ეს ძალები უცნობია, აქამდე ფილოსოფოსების მცდელობებია. ბუნების ფენომენების ახსნა უშედეგო დარჩა, თუმცა იმედი მაქვს, რომ ან მსჯელობის ეს გზა, ან სხვა, უფრო სწორი, აქ ჩამოყალიბებული საფუძვლები გარკვეულ ნათელს მისცემს.

ბუნების გაგების მთავარ იარაღად იქცა ნიუტონის მეთოდი. კლასიკური მექანიკის კანონებმა და მათემატიკური ანალიზის მეთოდებმა აჩვენა მათი ეფექტურობა. ფიზიკური ექსპერიმენტი, რომელიც ეყრდნობოდა გაზომვის ტექნიკას, უზრუნველყო უპრეცედენტო სიზუსტე. ფიზიკური ცოდნა სულ უფრო მეტად გახდა სამრეწველო ტექნოლოგიებისა და ტექნოლოგიების საფუძველი, სტიმული მისცა სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების განვითარებას. ფიზიკაში ადრე იზოლირებული სინათლე, ელექტროენერგია, მაგნიტიზმი და სითბო გაერთიანდა ელექტრომაგნიტურ თეორიაში. და მიუხედავად იმისა, რომ გრავიტაციის ბუნება აუხსნელი დარჩა, მისი ეფექტების გამოთვლა შეიძლებოდა. ჩამოყალიბდა ლაპლასის მექანიკური დეტერმინიზმის კონცეფცია, რომელიც ეფუძნება სისტემის ქცევის ცალსახად განსაზღვრის შესაძლებლობას ნებისმიერ დროს, ცნობილი საწყისი პირობების გათვალისწინებით. მექანიკის, როგორც მეცნიერების სტრუქტურა ჩანდა მყარი, საიმედო და თითქმის სრულიად სრული - ე.ი. ფენომენები, რომლებიც არ ჯდებოდა არსებულ კლასიკურ კანონებში, რომელთანაც უნდა გაუმკლავდეთ, მომავალში საკმაოდ ახსნილი ჩანდა უფრო დახვეწილი გონების მიერ კლასიკური მექანიკის თვალსაზრისით. იქმნება შთაბეჭდილება, რომ ფიზიკის ცოდნა ახლოს იყო მის სრულ დასრულებასთან - ასეთი ძლიერი ძალა აჩვენა კლასიკური ფიზიკის საფუძველმა.

4. ცნობარების სია.

1. კარპენკოვი ს.ხ. საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ძირითადი ცნებები. M.: UNITI, 1998 წ.

2. ნიუტონი და XX საუკუნის ფიზიკის ფილოსოფიური პრობლემები. ავტორთა გუნდი, რედ. მ.დ. ახუნდოვა, ს.ვ. ილარიონოვი. მ.: ნაუკა, 1991 წ.

3. გურსკი ი.პ. დაწყებითი ფიზიკა. მოსკოვი: ნაუკა, 1984 წ.

4. დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია 30 ტომად. რედ. პროხოროვა ა.მ., მე-3 გამოცემა, მ., საბჭოთა ენციკლოპედია, 1970 წ.

5. Dorfman Ya.G. ფიზიკის მსოფლიო ისტორია მე-19 საუკუნის დასაწყისიდან მე-20 საუკუნის შუა ხანებამდე. მ., 1979 წ.

S. Marshak, Op. 4 ტომად, მოსკოვი, Goslitizdat, 1959, ტ. 3, გვ. 601

ციტ. ციტირებულია: Bernal J. Science in history of society. მ., 1956წ.ს.265

მექანიკა არის სხეულების (ან მათი ნაწილების) წონასწორობისა და მოძრაობის შესწავლა სივრცესა და დროში. მექანიკური მოძრაობა მატერიის არსებობის უმარტივესი და ამავე დროს (ადამიანებისთვის) ყველაზე გავრცელებული ფორმაა. მაშასადამე, მექანიკას საბუნებისმეტყველო მეცნიერებაში განსაკუთრებული ადგილი უჭირავს და ფიზიკის მთავარი ქვეგანყოფილებაა. ის ისტორიულად წარმოიშვა და ჩამოყალიბდა როგორც მეცნიერება უფრო ადრე, ვიდრე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების სხვა ქვეგანყოფილებები.

მექანიკა მოიცავს სტატიკას, კინემატიკას და დინამიკას. სტატიკაში შეისწავლება სხეულთა წონასწორობის პირობები, კინემატიკაში - გეომეტრიული თვალსაზრისით სხეულების მოძრაობები, ე.ი. ძალების მოქმედების გათვალისწინების გარეშე, მაგრამ დინამიკაში – ამ ძალების გათვალისწინებით. სტატიკა და კინემატიკა ხშირად განიხილება, როგორც დინამიკის შესავალი, თუმცა მათ ასევე აქვთ დამოუკიდებელი მნიშვნელობა.

აქამდე მექანიკაში ვგულისხმობდით კლასიკურ მექანიკას, რომლის მშენებლობა დასრულდა მე-20 საუკუნის დასაწყისში. თანამედროვე ფიზიკის ფარგლებში არსებობს კიდევ ორი ​​მექანიკა - კვანტური და რელატივისტური. მაგრამ უფრო დეტალურად განვიხილავთ კლასიკურ მექანიკას.

კლასიკური მექანიკა განიხილავს სხეულების მოძრაობას სინათლის სიჩქარეზე ბევრად ნაკლები სიჩქარით. ფარდობითობის სპეციალური თეორიის მიხედვით, სხეულებისთვის, რომლებიც მოძრაობენ დიდი სიჩქარით სინათლის სიჩქარესთან ახლოს, არ არსებობს აბსოლუტური დრო და აბსოლუტური სივრცე. აქედან გამომდინარე, სხეულთა ურთიერთქმედების ბუნება უფრო რთული ხდება, კერძოდ, სხეულის მასა, თურმე, დამოკიდებულია მისი მოძრაობის სიჩქარეზე. ეს ყველაფერი იყო რელატივისტური მექანიკის განხილვის საგანი, რისთვისაც ფუნდამენტურ როლს ასრულებს სინათლის სიჩქარის მუდმივი.

კლასიკური მექანიკა ემყარება შემდეგ ფუნდამენტურ კანონებს.

გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი

ამ პრინციპის მიხედვით, არსებობს უსაზღვროდ ბევრი მითითების სისტემა, რომელშიც თავისუფალი სხეული ისვენებს ან მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით აბსოლუტური მნიშვნელობითა და მიმართულებით. ამ მითითების ჩარჩოებს უწოდებენ ინერციულს და მოძრაობენ ერთმანეთთან შედარებით ერთნაირად და სწორხაზოვნად. ეს პრინციპი ასევე შეიძლება ჩამოყალიბდეს, როგორც აბსოლუტური საცნობარო სისტემების არარსებობა, ანუ საცნობარო სისტემები, რომლებიც გარკვეულწილად გამოირჩევიან სხვებთან შედარებით.

ნიუტონის სამი კანონი არის კლასიკური მექანიკის საფუძველი.

• 1. ნებისმიერი მატერიალური სხეული ინარჩუნებს მოსვენების მდგომარეობას ან ერთგვაროვან სწორხაზოვან მოძრაობას მანამ, სანამ სხვა სხეულების ზემოქმედება არ შეცვლის მას ამ მდგომარეობას. სხეულის სურვილს, შეინარჩუნოს მოსვენების მდგომარეობა ან ერთგვაროვანი სწორხაზოვანი მოძრაობა, ეწოდება ინერცია. ამიტომ პირველ კანონს ინერციის კანონსაც უწოდებენ.
• 2. სხეულის მიერ შეძენილი აჩქარება პირდაპირპროპორციულია სხეულზე მოქმედი ძალისა, ხოლო სხეულის მასის უკუპროპორციულია.
• 3. ძალები, რომლებითაც ურთიერთმოქმედი სხეულები მოქმედებენ ერთმანეთზე, ტოლია სიდიდით და საპირისპირო მიმართულებით.

ჩვენ ვიცით ნიუტონის მეორე კანონი ფორმაში

საბუნებისმეტყველო კლასიკური მექანიკის კანონი

F \u003d m H a, ან a \u003d F / m,

სადაც F ძალის მოქმედებით სხეულის მიერ მიღებული a აჩქარება უკუპროპორციულია m სხეულის მასის.

პირველი კანონის მიღება შესაძლებელია მეორისგან, რადგან სხეულზე მოქმედი სხვა ძალების არარსებობის შემთხვევაში, აჩქარებაც ნულის ტოლია. თუმცა, პირველი კანონი დამოუკიდებელ კანონად ითვლება, ვინაიდან იგი აცხადებს ინერციული ათვლის ჩარჩოების არსებობას. მათემატიკური ფორმულირებით, ნიუტონის მეორე კანონი ყველაზე ხშირად იწერება შემდეგი ფორმით:

სად არის სხეულზე მოქმედი ძალების შედეგად მიღებული ვექტორი; -- სხეულის აჩქარების ვექტორი; მ -- სხეულის წონა.

ნიუტონის მესამე კანონი აკონკრეტებს მეორე კანონში შემოტანილი ძალის ცნების ზოგიერთ თვისებას. ის პოსტულაციას უწევს ყოველი ძალის არსებობას, რომელიც მოქმედებს პირველ სხეულზე მეორედან, სიდიდით თანაბარი და პირველიდან მეორე სხეულზე მოქმედი ძალის მიმართულების საწინააღმდეგოდ. ნიუტონის მესამე კანონის არსებობა უზრუნველყოფს სხეულთა სისტემის იმპულსის შენარჩუნების კანონის შესრულებას.

იმპულსის შენარჩუნების კანონი

ეს კანონი დახურული სისტემებისთვის ნიუტონის კანონების შედეგია, ანუ სისტემებზე, რომლებზეც გავლენას არ ახდენს გარე ძალები ან გარე ძალების მოქმედებები, კომპენსირებულია და შედეგად მიღებული ძალა ნულის ტოლია. უფრო ფუნდამენტური თვალსაზრისით, არსებობს კავშირი იმპულსის შენარჩუნების კანონსა და სივრცის ერთგვაროვნებას შორის, რომელიც გამოიხატება ნოეთერის თეორემით.

ენერგიის შენარჩუნების კანონი

ენერგიის შენარჩუნების კანონი არის ნიუტონის კანონების შედეგი დახურული კონსერვატიული სისტემებისთვის, ანუ სისტემები, რომლებშიც მხოლოდ კონსერვატიული ძალები მოქმედებენ. ერთი სხეულის მიერ მეორეს მიცემული ენერგია ყოველთვის უდრის მეორე სხეულის მიერ მიღებულ ენერგიას. მექანიკაში ურთიერთმოქმედ სხეულებს შორის ენერგიის გაცვლის პროცესის რაოდენობრივი დასადგენად, შემოტანილია ცნება ძალის მუშაობის შესახებ, რომელიც იწვევს მოძრაობას. ძალა, რომელიც იწვევს სხეულის მოძრაობას, მუშაობს, ხოლო მოძრავი სხეულის ენერგია იზრდება დახარჯული სამუშაოს რაოდენობით. მოგეხსენებათ, v სიჩქარით მოძრავი m მასის სხეულს აქვს კინეტიკური ენერგია

პოტენციური ენერგია არის სხეულთა სისტემის მექანიკური ენერგია, რომელიც ურთიერთქმედებს ძალის ველების მეშვეობით, მაგალითად, გრავიტაციული ძალების მეშვეობით. ამ ძალების მუშაობა სხეულის ერთი პოზიციიდან მეორეზე გადაადგილებისას არ არის დამოკიდებული მოძრაობის ტრაექტორიაზე, არამედ დამოკიდებულია მხოლოდ სხეულის საწყის და საბოლოო პოზიციებზე ძალის ველში. გრავიტაციული ძალები კონსერვატიული ძალებია და მ მასის სხეულის პოტენციური ენერგია, რომელიც აწეულია დედამიწის ზედაპირიდან h სიმაღლეზე, უდრის

E ოფლი = მგ/სთ,

სადაც g არის თავისუფალი ვარდნის აჩქარება.

მთლიანი მექანიკური ენერგია უდრის კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამს.

კლასიკური მექანიკის გაჩენა იყო ფიზიკის მკაცრ მეცნიერებად გადაქცევის დასაწყისი, ანუ ცოდნის სისტემა, რომელიც ადასტურებს როგორც მისი საწყისი პრინციპების, ასევე საბოლოო დასკვნების ჭეშმარიტებას, ობიექტურობას, მართებულობასა და გადამოწმებას. ეს გაჩენა მოხდა XVI-XVII საუკუნეებში და ასოცირდება გალილეო გალილეის, რენე დეკარტისა და ისააკ ნიუტონის სახელებთან. სწორედ მათ განახორციელეს ბუნების „მათემატიზაცია“ და საფუძველი ჩაუყარეს ბუნების ექსპერიმენტულ-მათემატიკურ ხედვას. მათ წარმოადგინეს ბუნება, როგორც "მატერიალური" წერტილების ერთობლიობა, რომელსაც აქვს სივრცულ-გეომეტრიული (ფორმა), რაოდენობრივ-მათემატიკური (რიცხვი, სიდიდე) და მექანიკური (მოძრაობა) თვისებები და დაკავშირებული მიზეზ-შედეგობრივი კავშირები, რომლებიც შეიძლება გამოისახოს მათემატიკური განტოლებებით.

ფიზიკის მკაცრ მეცნიერებად გადაქცევის დასაწყისი გ.გალილეომ ჩადო. გალილეომ ჩამოაყალიბა მექანიკის რამდენიმე ფუნდამენტური პრინციპი და კანონი. კერძოდ:

- ინერციის პრინციპი, რომლის მიხედვითაც, როდესაც სხეული მოძრაობს ჰორიზონტალურ სიბრტყეში მოძრაობისადმი წინააღმდეგობის გარეშე, მაშინ მისი მოძრაობა ერთგვაროვანია და მუდმივად გაგრძელდება, თუ სიბრტყე სივრცეში უსასრულოდ გაგრძელდება;

- ფარდობითობის პრინციპი, რომლის მიხედვითაც ინერციულ სისტემებში მექანიკის ყველა კანონი ერთნაირია და შიგნით ყოფნისას შეუძლებელია იმის დადგენა სწორხაზოვნად და ერთნაირად მოძრაობს თუ მოსვენებულ მდგომარეობაშია;

- სიჩქარის შენარჩუნების პრინციპიდა სივრცითი და დროითი ინტერვალების შენარჩუნება ერთი ინერციული სისტემიდან მეორეზე გადასვლისას. ცნობილია გალილეის ტრანსფორმაცია.

მექანიკამ მიიღო ჰოლისტიკური ხედვა ძირითადი ცნებების, პრინციპებისა და კანონების ლოგიკურ-მათემატიკურად ორგანიზებული სისტემის შესახებ ისააკ ნიუტონის ნაშრომებში. უპირველეს ყოვლისა, ნაშრომში „ბუნებრივი ფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები“ ამ ნაშრომში ნიუტონი შემოაქვს ცნებებს: წონაან ნივთიერების რაოდენობა, ინერციაან სხეულის თვისება, წინააღმდეგობა გაუწიოს მოსვენების მდგომარეობის ან მოძრაობის ცვლილებას, წონამასის საზომად, ძალა, ან სხეულზე შესრულებული მოქმედება მისი მდგომარეობის შესაცვლელად.

ნიუტონმა განასხვავა აბსოლუტური (ჭეშმარიტი, მათემატიკური) სივრცე და დრო, რომლებიც არ არის დამოკიდებული მათში არსებულ სხეულებზე და ყოველთვის ტოლია საკუთარ თავს, და ფარდობითი სივრცე და დრო - სივრცის მოძრავი ნაწილები და დროის გაზომვადი ხანგრძლივობა.

ნიუტონის კონცეფციაში განსაკუთრებული ადგილი უკავია დოქტრინას გრავიტაციაანუ გრავიტაცია, რომელშიც ის აერთიანებს „ზეციური“ და მიწიერი სხეულების მოძრაობას. ეს სწავლება მოიცავს განცხადებებს:

სხეულის სიმძიმე პროპორციულია მასში შემავალი მატერიის ან მასის რაოდენობისა;

გრავიტაცია მასის პროპორციულია;

გრავიტაცია ან გრავიტაციადა არის ის ძალა, რომელიც მოქმედებს დედამიწასა და მთვარეს შორის მათ შორის მანძილის კვადრატის შებრუნებული პროპორციით;

ეს გრავიტაციული ძალა მოქმედებს ყველა მატერიალურ სხეულს შორის მანძილზე.

მიზიდულობის ძალის ბუნებასთან დაკავშირებით ნიუტონმა თქვა: „მე არ ვიგონებ ჰიპოთეზებს“.

გალილეო-ნიუტონის მექანიკამ, რომელიც განვითარდა დ.ალამბერტის, ლაგრანჟის, ლაპლასის, ჰამილტონის ნაშრომებში... საბოლოოდ მიიღო ჰარმონიული ფორმა, რომელმაც განსაზღვრა იმდროინდელი სამყაროს ფიზიკური სურათი. ეს სურათი ეფუძნებოდა ფიზიკური სხეულის თვითიდენტიფიკაციის პრინციპებს; მისი დამოუკიდებლობა სივრცისა და დროისგან; დეტერმინიზმი, ანუ მკაცრი ცალსახა მიზეზ-შედეგობრივი კავშირი ფიზიკური სხეულების კონკრეტულ მდგომარეობებს შორის; ყველა ფიზიკური პროცესის შექცევადობა.

თერმოდინამიკა.

ს.კალნოს, რ. მაიერის, დ. ჯოულის, გ. ჰემჰოლცის, რ. კლაუსიუსის, ვ. ტომსონის (ლორდ კელვინი) მიერ მე-19 საუკუნეში სითბოს სამუშაოდ გადაქცევის პროცესის და პირიქით კვლევებმა განაპირობა. დასკვნები, რომლებზეც რ.მაიერი წერდა: „მოძრაობა, სიცხე..., ელექტროენერგია არის ფენომენი, რომელიც იზომება ერთმანეთის მიერ და გადადის ერთმანეთში გარკვეული კანონების მიხედვით“. გემჰოლცი აზოგადებს მაიერის განცხადებას დასკვნაში: „ბუნებაში არსებული დაძაბული და ცოცხალი ძალების ჯამი მუდმივია“. უილიამ ტომსონმა დახვეწა "ინტენსიური და ცოცხალი ძალების" ცნებები პოტენციური და კინეტიკური ენერგიის ცნებებში, განსაზღვრა ენერგია, როგორც სამუშაოს შესრულების უნარი. რ.კლაუზიუსმა ეს იდეები შეაჯამა ფორმულირებაში: „სამყაროს ენერგია მუდმივია“. ამრიგად, ფიზიკოსთა საზოგადოების ერთობლივი ძალისხმევით, ფუნდამენტურია ყველა ფიზიკური ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონის ცოდნა.

ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის პროცესების შესწავლამ გამოიწვია სხვა კანონის აღმოჩენა - ენტროპიის გაზრდის კანონი. „სითბოს გადასვლა ცივი სხეულიდან თბილ სხეულზე“, წერდა კლაუსიუსი, „არ შეიძლება მოხდეს კომპენსაციის გარეშე“. კლაუსიუსის გარდაქმნის სითბოს უნარის საზომი ე.წ ენტროპია.ენტროპიის არსი გამოიხატება იმაში, რომ ნებისმიერ იზოლირებულ სისტემაში პროცესები უნდა მიმდინარეობდეს ყველა სახის ენერგიის სითბოდ გადაქცევის მიმართულებით, ხოლო სისტემაში არსებული ტემპერატურული განსხვავებების გათანაბრება. ეს ნიშნავს, რომ რეალური ფიზიკური პროცესები შეუქცევად მიმდინარეობს. პრინციპს, რომელიც ამტკიცებს ენტროპიის მაქსიმალურ ტენდენციას, ეწოდება თერმოდინამიკის მეორე კანონი. პირველი კანონი არის ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი.

ენტროპიის გაზრდის პრინციპი ფიზიკურ აზროვნებას უქმნიდა უამრავ პრობლემას: კავშირი ფიზიკური პროცესების შექცევადობასა და შეუქცევადობას შორის, ენერგიის კონსერვაციის ფორმალობას, რომელსაც არ შეუძლია სხეულების ტემპერატურულ ჰომოგენურობასთან მუშაობა. ყოველივე ეს მოითხოვდა თერმოდინამიკის პრინციპების უფრო ღრმა დასაბუთებას. უპირველეს ყოვლისა, სითბოს ბუნება.

ასეთი დასაბუთების მცდელობა გააკეთა ლუდვიგ ბოლცმანმა, რომელიც სითბოს ბუნების მოლეკულურ-ატომურ კონცეფციაზე დაყრდნობით მივიდა დასკვნამდე, რომ სტატისტიკურითერმოდინამიკის მეორე კანონის ბუნება, რადგან მოლეკულების დიდი რაოდენობის გამო, რომლებიც ქმნიან მაკროსკოპულ სხეულებს, და მათი მოძრაობის უკიდურესი სიჩქარისა და შემთხვევითობის გამო, ჩვენ ვაკვირდებით მხოლოდ საშუალო ღირებულებები. საშუალო მნიშვნელობების განსაზღვრა ალბათობის თეორიის პრობლემაა. მაქსიმალური ტემპერატურული წონასწორობის დროს მაქსიმალურია მოლეკულური მოძრაობის ქაოსიც, რომლის დროსაც ქრება ნებისმიერი რიგი. ჩნდება კითხვა: შეიძლება და, თუ ასეა, როგორ, ქაოსიდან შეიძლება კვლავ გაჩნდეს წესრიგი? ამაზე პასუხის გაცემას ფიზიკა მხოლოდ ას წელიწადში, სიმეტრიის პრინციპისა და სინერგიის პრინციპის დანერგვით შეძლებს.

ელექტროდინამიკა.

XIX საუკუნის შუა ხანებისთვის ელექტრული და მაგნიტური ფენომენების ფიზიკა გარკვეულ დასრულებას მიაღწია. აღმოაჩინეს კულონის რიგი ყველაზე მნიშვნელოვანი კანონი, ამპერის კანონი, ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი, პირდაპირი დენის კანონები და ა.შ. ყველა ეს კანონი ეფუძნებოდა გრძელვადიანი პრინციპი. გამონაკლისი იყო ფარადეის შეხედულებები, რომელიც თვლიდა, რომ ელექტრული მოქმედება გადადის უწყვეტი საშუალების საშუალებით, ანუ საფუძველზე. მოკლე დიაპაზონის პრინციპი. ფარადეის იდეებზე დაყრდნობით, ინგლისელი ფიზიკოსი ჯ.მაქსველი შემოაქვს კონცეფციას ელექტრომაგნიტური ველიდა აღწერს მის მიერ „აღმოჩენილ“ მდგომარეობას თავის განტოლებებში. „... ელექტრომაგნიტური ველი, – წერს მაქსველი, – არის სივრცის ის ნაწილი, რომელიც შეიცავს და გარს აკრავს ელექტრულ ან მაგნიტურ მდგომარეობაში მყოფ სხეულებს“. ელექტრომაგნიტური ველის განტოლებების გაერთიანებით მაქსველი იღებს ტალღის განტოლებას, რომელიც გულისხმობს არსებობას ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომლის გავრცელების სიჩქარე ჰაერში უდრის სინათლის სიჩქარეს. ასეთი ელექტრომაგნიტური ტალღების არსებობა ექსპერიმენტულად დაადასტურა გერმანელმა ფიზიკოსმა ჰაინრიხ ჰერცმა 1888 წელს.

მატერიასთან ელექტრომაგნიტური ტალღების ურთიერთქმედების ასახსნელად, გერმანელმა ფიზიკოსმა ჰენდრიკ ანტონ ლორენცმა წამოაყენა ჰიპოთეზა არსებობის შესახებ. ელექტრონი, ანუ პატარა ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც დიდი რაოდენობითაა წარმოდგენილი ყველა წონიან სხეულში. ამ ჰიპოთეზამ ახსნა გერმანელი ფიზიკოსის ზემანის მიერ 1896 წელს აღმოჩენილი სპექტრული ხაზების გაყოფის ფენომენი მაგნიტურ ველში. 1897 წელს ტომსონმა ექსპერიმენტულად დაადასტურა ყველაზე პატარა უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკის ან ელექტრონის არსებობა.

ასე რომ, კლასიკური ფიზიკის ფარგლებში წარმოიშვა სამყაროს საკმაოდ ჰარმონიული და სრული სურათი, რომელიც აღწერს და ხსნის მოძრაობას, გრავიტაციას, სითბოს, ელექტროენერგიას და მაგნიტიზმს და სინათლეს. ამან ლორდ კელვინს (ტომსონს) მისცა საფუძველი ეთქვა, რომ ფიზიკის შენობა პრაქტიკულად აშენებულია, მხოლოდ რამდენიმე დეტალი აკლია...

პირველი, აღმოჩნდა, რომ მაქსველის განტოლებები არაინვარიანტულია გალილეის გარდაქმნების პირობებში. მეორეც, ეთერის, როგორც აბსოლუტური კოორდინატთა სისტემის თეორიამ, რომელსაც მაქსველის განტოლებები „მიმაგრებულია“, ექსპერიმენტული დადასტურება არ ჰპოვა. მაიკლსონ-მორლის ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ მოძრავი კოორდინატთა სისტემაში სინათლის სიჩქარის მიმართულებაზე არ არის დამოკიდებული. არა. ჰენდრიკ ლორენცი, მაქსველის განტოლებების შენარჩუნების მომხრე, რომელმაც ეს განტოლებები ეთერს, როგორც აბსოლუტურ მითითების სისტემას „მიამაგრა“, შესწირა გალილეოს ფარდობითობის პრინციპს, მის გარდაქმნებს და ჩამოაყალიბა საკუთარი გარდაქმნები. გ. ლორენცის გარდაქმნებიდან გამომდინარეობდა, რომ სივრცითი და დროითი ინტერვალები არაინვარიანტულია ერთი ინერციული მიმართვის ჩარჩოდან მეორეზე გადასვლისას. ყველაფერი კარგად იქნებოდა, მაგრამ აბსოლუტური მედიუმის - ეთერის არსებობა, როგორც აღინიშნა, ექსპერიმენტულად არ დადასტურდა. ეს არის კრიზისი.

არაკლასიკური ფიზიკა. ფარდობითობის სპეციალური თეორია.

ფარდობითობის სპეციალური თეორიის შექმნის ლოგიკის აღწერისას ალბერტ აინშტაინი ლ.ინფელდთან ერთობლივ წიგნში წერს: „ახლა შევკრიბოთ ის ფაქტები, რომლებიც საკმარისად იქნა გადამოწმებული გამოცდილებით და აღარ ვიდარდოთ ეთერის პრობლემაზე:

1. სინათლის სიჩქარე ცარიელ სივრცეში ყოველთვის მუდმივია, მიუხედავად სინათლის წყაროს ან მიმღების მოძრაობისა.

2. ორ კოორდინატულ სისტემაში, რომლებიც მოძრაობენ სწორხაზოვნად და ერთგვაროვნად ერთმანეთთან შედარებით, ბუნების ყველა კანონი მკაცრად ერთნაირია და არ არსებობს აბსოლუტური მართკუთხა და ერთგვაროვანი მოძრაობის გამოვლენის საშუალება...

პირველი პოზიცია გამოხატავს სინათლის სიჩქარის მუდმივობას, მეორე განზოგადებს გალილეოს ფარდობითობის პრინციპს, რომელიც ჩამოყალიბებულია მექანიკური ფენომენებისთვის, ყველაფერზე, რაც ხდება ბუნებაში. ”აინშტაინი აღნიშნავს, რომ ამ ორი პრინციპის მიღება და პრინციპის უარყოფა. გალილეის ტრანსფორმაცია, რადგან ის ეწინააღმდეგება სინათლის სიჩქარის მუდმივობას და დასაბამს აყენებს ფარდობითობის სპეციალურ თეორიას. მიღებულ ორ პრინციპს: სინათლის სიჩქარის მუდმივობას და ყველა ინერციული ათვლის სისტემის ეკვივალენტობას, დასძენს აინშტაინი. ბუნების ყველა კანონის უცვლელობის პრინციპი ჰ.ლორენცის გარდაქმნების მიმართ. ამიტომ, ერთი და იგივე კანონები მოქმედებს ყველა ინერციულ ჩარჩოში და ერთი სისტემიდან მეორეზე გადასვლა მოცემულია ლორენცის გარდაქმნებით, რაც ნიშნავს, რომ რიტმი მოძრავი საათისა და მოძრავი ღეროების სიგრძე დამოკიდებულია სიჩქარეზე: ღერო შემცირდება ნულამდე, თუ მისი სიჩქარე მიაღწევს სინათლის სიჩქარეს, ხოლო მოძრავი საათის რიტმი შენელდება, საათი მთლიანად გაჩერდება, თუ მას შეეძლო მოძრაობა. ერთად ck სინათლის შუქი.

ამგვარად, ნიუტონის აბსოლუტური დრო, სივრცე, მოძრაობა, რომლებიც, თითქოსდა, დამოუკიდებელი იყო მოძრავი სხეულებისა და მათი მდგომარეობისგან, ფიზიკიდან გამოირიცხა.

ფარდობითობის ზოგადი თეორია.

უკვე ციტირებულ წიგნში აინშტაინი სვამს კითხვას: „შეგვიძლია თუ არა ფიზიკური კანონების ჩამოყალიბება ისე, რომ ისინი მოქმედი იყოს ყველა კოორდინატულ სისტემაზე, არა მხოლოდ მართკუთხა და ერთნაირად მოძრავი სისტემებისთვის, არამედ სისტემებისთვისაც, რომლებიც სრულიად თვითნებურად მოძრაობენ ერთმანეთთან მიმართებაში? " . და ის პასუხობს: „შესაძლებელია“.

ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში მოძრავი სხეულებისა და ერთმანეთისგან „დამოუკიდებლობა“ რომ დაკარგეს, სივრცე და დრო, თითქოსდა, „იპოვეს“ ერთმანეთს ერთ სივრცე-დროის ოთხგანზომილებიან კონტინუუმში. კონტინიუმის ავტორმა, მათემატიკოსმა ჰერმან მინკოვსკიმ 1908 წელს გამოაქვეყნა ნაშრომი "ელექტრომაგნიტური პროცესების თეორიის საფუძვლები", სადაც იგი ამტკიცებდა, რომ ამიერიდან თავად სივრცე და დრო უნდა დაიყვანონ ჩრდილების როლზე და მხოლოდ რაიმე სახის. ორივეს კავშირმა მაინც უნდა შეინარჩუნოს დამოუკიდებლობა. ა.აინშტაინის იდეა იყო წარმოადგენენ ყველა ფიზიკურ კანონს თვისებადეს კონტინუუმი როგორც ეს მეტრიკა. ამ ახალი პოზიციიდან აინშტაინმა განიხილა ნიუტონის მიზიდულობის კანონი. Მაგივრად გრავიტაციული ძალამან დაიწყო ოპერაცია გრავიტაციული ველი. გრავიტაციული ველები შედიოდა სივრცე-დროის კონტინიუმში, როგორც მისი „მრუდი“. უწყვეტი მეტრიკა გახდა არაევკლიდური, "რიმანის" მეტრიკა. კონტინიუმის „მრუდი“ დაიწყო მასში მოძრავი მასების განაწილების შედეგად მიჩნეული. ახალმა თეორიამ ახსნა მერკური მზის გარშემო ბრუნვის ტრაექტორია, რომელიც არ შეესაბამება ნიუტონის მიზიდულობის კანონს, ისევე როგორც მზის მახლობლად გამავალი ვარსკვლავური სინათლის სხივის გადახრა.

ამრიგად, "ინერციული კოორდინატთა სისტემის" კონცეფცია აღმოიფხვრა ფიზიკიდან და განზოგადებული დებულებიდან. ფარდობითობის პრინციპი: ნებისმიერი კოორდინატთა სისტემა თანაბრად შესაფერისია ბუნებრივი მოვლენების აღწერისთვის.

Კვანტური მექანიკა.

მეორე, ლორდი კელვინის (ტომსონის) თანახმად, დაკარგული ელემენტი, რომელიც დასრულებული იყო ფიზიკის შენობის დასასრულებლად მე-19-20 საუკუნეების მიჯნაზე, იყო სერიოზული შეუსაბამობა თეორიასა და ექსპერიმენტს შორის სრულიად შავი ფერის თერმული გამოსხივების კანონების შესწავლაში. სხეული. გაბატონებული თეორიის თანახმად, ის უნდა იყოს უწყვეტი, უწყვეტი. თუმცა, ამან გამოიწვია პარადოქსული დასკვნები, როგორიცაა ის ფაქტი, რომ მოცემულ ტემპერატურაზე შავი სხეულის მიერ გამოსხივებული მთლიანი ენერგია უსასრულობის ტოლია (რეილი-გენის ფორმულა). პრობლემის გადასაჭრელად, გერმანელმა ფიზიკოსმა მაქს პლანკმა 1900 წელს წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ მატერიას არ შეუძლია ასხივოს ან შთანთქას ენერგია, გარდა სასრული ნაწილების (კვანტების) პროპორციული ემიტირებული (ან შთანთქმის) სიხშირისა. ერთი ნაწილის (კვანტური) ენერგია E=hn, სადაც n არის გამოსხივების სიხშირე, ხოლო h არის უნივერსალური მუდმივი. პლანკის ჰიპოთეზა გამოიყენა აინშტაინმა ფოტოელექტრული ეფექტის ასახსნელად. აინშტაინმა შემოიტანა სინათლის კვანტის ან ფოტონის კონცეფცია. მან ასევე შესთავაზა მსუბუქიპლანკის ფორმულის მიხედვით, აქვს როგორც ტალღური, ასევე კვანტური თვისებები. ფიზიკოსთა საზოგადოებაში მათ დაიწყეს საუბარი ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობაზე, მით უმეტეს, რომ 1923 წელს აღმოაჩინეს ფოტონების არსებობის დამადასტურებელი კიდევ ერთი ფენომენი - კომპტონის ეფექტი.

1924 წელს ლუი დე ბროლიმ გაავრცელა სინათლის ორმაგი კორპუსკულური ტალღოვანი ბუნების იდეა მატერიის ყველა ნაწილაკზე, შემოიღო იდეა. მატერიის ტალღები. მაშასადამე, შეიძლება საუბარი ელექტრონის ტალღურ თვისებებზეც, მაგალითად, ელექტრონის დიფრაქციაზე, რომელიც ექსპერიმენტულად იქნა დადგენილი. თუმცა, რ.ფეინმანის ექსპერიმენტებმა ელექტრონებით, რომლებიც „დაბომბავდნენ“ ფარს ორი ნახვრეტით, აჩვენა, რომ შეუძლებელია, ერთი მხრივ, იმის თქმა, თუ რომელ ხვრელში გაფრინდება ელექტრონი, ანუ ზუსტად დადგინდეს მისი კოორდინატი და მეორე მხრივ. , არ დაამახინჯოს რეგისტრირებული ელექტრონების განაწილების სქემა, ჩარევის ბუნების დარღვევის გარეშე. ეს ნიშნავს, რომ ჩვენ შეგვიძლია ვიცოდეთ ან ელექტრონის პოზიცია ან იმპულსი, მაგრამ არა ორივე.

ამ ექსპერიმენტმა კითხვის ნიშნის ქვეშ დააყენა ნაწილაკების კონცეფცია სივრცეში და დროში ზუსტი ლოკალიზაციის კლასიკური გაგებით.

მიკრონაწილაკების „არაკლასიკური“ ქცევის ახსნა პირველად გერმანელმა ფიზიკოსმა ვერნერ ჰაიზენბერგმა მისცა. ამ უკანასკნელმა ჩამოაყალიბა მიკრონაწილაკის მოძრაობის კანონი, რომლის მიხედვითაც ნაწილაკის ზუსტი კოორდინატის ცოდნა იწვევს მისი იმპულსის სრულ გაურკვევლობას და პირიქით, ნაწილაკების იმპულსის ზუსტი ცოდნა იწვევს მის სრულ გაურკვევლობას. კოორდინატები. ვ.ჰაიზენბერგმა დაადგინა გაურკვევლობის თანაფარდობა მიკრონაწილაკების კოორდინატსა და იმპულსში:

Dx * DP x ³ h, სადაც Dx არის კოორდინატის მნიშვნელობის გაურკვევლობა; DP x - გაურკვევლობა იმპულსის მნიშვნელობაში; h არის პლანკის მუდმივი. ეს კანონი და გაურკვევლობის მიმართება ე.წ გაურკვევლობის პრინციპიჰაიზენბერგი.

გაურკვევლობის პრინციპის გაანალიზებისას დანიელმა ფიზიკოსმა ნილს ბორმა აჩვენა, რომ ექსპერიმენტის გარემოდან გამომდინარე, მიკრონაწილაკი ავლენს ან მის კორპუსკულურ ან ტალღურ ბუნებას. მაგრამ არა ორივე ერთდროულად. შესაბამისად, მიკრონაწილაკების ეს ორი ბუნება ურთიერთგამორიცხავს ერთმანეთს და ამავდროულად უნდა ჩაითვალოს ავსებად, ხოლო მათი აღწერა ექსპერიმენტული სიტუაციების ორ კლასზე (კორპუსკულური და ტალღური) საფუძველზე - მიკრონაწილაკების ინტეგრალური აღწერა. არსებობს არა ნაწილაკი „თავისთავად“, არამედ სისტემა „ნაწილაკი – მოწყობილობა“. ნ.ბორას ეს დასკვნები ე.წ კომპლემენტარობის პრინციპი.

ამ მიდგომის ფარგლებში გაურკვევლობა და კომპლემენტარულობა არ არის ჩვენი უცოდინრობის საზომი, არამედ მიკრონაწილაკების ობიექტური თვისებები, მიკროსამყაროს მთლიანობაში. აქედან გამომდინარეობს, რომ სტატისტიკური, ალბათური კანონები დევს ფიზიკური რეალობის სიღრმეში, ხოლო ცალსახა მიზეზობრივი დამოკიდებულების დინამიური კანონები სტატისტიკური კანონზომიერებების გამოხატვის მხოლოდ კონკრეტული და იდეალიზებული შემთხვევაა.

რელატივისტური კვანტური მექანიკა.

1927 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა პოლ დირაკმა ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ იმ დროისთვის აღმოჩენილი მიკრონაწილაკების მოძრაობის აღსაწერად: ელექტრონი, პროტონი და ფოტონი, რადგან ისინი სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მოძრაობენ, საჭიროა სპეციალური ფარდობითობის გამოყენება. . დირაკმა შეადგინა განტოლება, რომელიც აღწერდა ელექტრონის მოძრაობას, როგორც კვანტური მექანიკის კანონების, ასევე აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის გათვალისწინებით. ეს განტოლება დაკმაყოფილდა ორი ამონახსნით: ერთი ამონახსნი მისცა ცნობილ ელექტრონს დადებითი ენერგიით, მეორე - უცნობი ტყუპი ელექტრონი, მაგრამ უარყოფითი ენერგიით. ასე გაჩნდა ცნება ნაწილაკებისა და მათ მიმართ სიმეტრიული ანტინაწილაკების შესახებ. ამან წარმოშვა კითხვა: ცარიელია თუ არა ვაკუუმი? აინშტაინის მიერ ეთერის „განდევნის“ შემდეგ ის უდავოდ ცარიელი ჩანდა.

თანამედროვე, კარგად დადასტურებული იდეები ამბობენ, რომ ვაკუუმი მხოლოდ საშუალოდ არის "ცარიელი". მასში მუდმივად იბადება და ქრება ვირტუალური ნაწილაკების და ანტინაწილაკების უზარმაზარი რაოდენობა. ეს არ ეწინააღმდეგება გაურკვევლობის პრინციპს, რომელსაც ასევე აქვს გამოხატულება DE * Dt ³ h. ვაკუუმი ველის კვანტურ თეორიაში განისაზღვრება, როგორც კვანტური ველის ყველაზე დაბალი ენერგეტიკული მდგომარეობა, რომლის ენერგია მხოლოდ საშუალოდ ნულია. ასე რომ, ვაკუუმი არის "რაღაც", რომელსაც "არაფერი" ჰქვია.

ერთიანი ველის თეორიის აგების გზაზე.

1918 წელს ემი ნოეთერმა დაამტკიცა, რომ თუ სისტემა უცვლელია გარკვეული გლობალური ტრანსფორმაციის პირობებში, მაშინ მას აქვს გარკვეული კონსერვაციის მნიშვნელობა. აქედან გამომდინარეობს, რომ კონსერვაციის კანონი (ენერგიის) შედეგია სიმეტრიებირეალურ სივრცე-დროში არსებული.

სიმეტრია, როგორც ფილოსოფიური კონცეფცია, ნიშნავს მსოფლიო ფენომენების სხვადასხვა და საპირისპირო მდგომარეობებს შორის იდენტური მომენტების არსებობისა და ფორმირების პროცესს. ეს ნიშნავს, რომ ნებისმიერი სისტემის სიმეტრიის შესწავლისას აუცილებელია მათი ქცევის გათვალისწინება სხვადასხვა გარდაქმნების ქვეშ და გარდაქმნების მთელ კომპლექტში გამოვყოთ ის, რაც ტოვებს. უცვლელი, უცვლელიგანხილული სისტემების შესაბამისი ზოგიერთი ფუნქცია.

თანამედროვე ფიზიკაში ცნება გამოიყენება ლიანდაგის სიმეტრია. რკინიგზის მუშაკებს ვიწრო ლიანდაგიდან ფართოზე გადასვლა კალიბრაციის გზით ესმით. ფიზიკაში კალიბრაცია თავიდანვე გაგებული იყო, როგორც დონის ან მასშტაბის ცვლილება. ფარდობითობის სპეციალურ პირობებში, ფიზიკის კანონები არ იცვლება თარგმანთან ან მანძილის კალიბრაციასთან მიმართებაში. ლიანდაგის სიმეტრიაში, უცვლელობის მოთხოვნა წარმოშობს ურთიერთქმედების გარკვეულ სპეციფიკურ ტიპს. მაშასადამე, ლიანდაგის ინვარიანტობა საშუალებას იძლევა უპასუხოს კითხვას: "რატომ და რატომ არსებობს ბუნებაში ასეთი ურთიერთქმედება?". ამჟამად ფიზიკაში განისაზღვრება ოთხი სახის ფიზიკური ურთიერთქმედების არსებობა: გრავიტაციული, ძლიერი, ელექტრომაგნიტური და სუსტი. ყველა მათგანს აქვს ლიანდაგის ბუნება და აღწერილია ლიანდაგის სიმეტრიით, რომლებიც წარმოადგენს ტყუილის ჯგუფების სხვადასხვა წარმოდგენას. ეს მიუთითებს პირველადის არსებობაზე სუპერსიმეტრიული ველი, რომელიც ჯერ არ განასხვავებს ურთიერთქმედების ტიპებს. განსხვავებები, ურთიერთქმედების ტიპები არის საწყისი ვაკუუმის სიმეტრიის სპონტანური, სპონტანური დარღვევის შედეგი. სამყაროს ევოლუცია მაშინ ჩნდება როგორც სინერგიული თვითორგანიზების პროცესი: ვაკუუმური სუპერსიმეტრიული მდგომარეობიდან გაფართოების პროცესში, სამყარო გახურდა "დიდი აფეთქებამდე". მისი ისტორიის შემდგომი კურსი გადიოდა კრიტიკულ წერტილებში - ბიფურკაციის წერტილებში, რომლებშიც ადგილი ჰქონდა საწყისი ვაკუუმის სიმეტრიის სპონტანურ დარღვევას. განცხადება თვითორგანიზაციის სისტემებიმეშვეობით თავდაპირველი ტიპის სიმეტრიის სპონტანური დარღვევა ბიფურკაციის წერტილებშიდა ჭამე სინერგიის პრინციპი.

თვითორგანიზაციის მიმართულების არჩევა ბიფურკაციის წერტილებში, ანუ საწყისი სიმეტრიის სპონტანური დარღვევის წერტილებში, შემთხვევითი არ არის. იგი განისაზღვრება ისე, თითქოს უკვე იმყოფება ვაკუუმური სუპერსიმეტრიის დონეზე ადამიანის „პროექტით“, ანუ არსების „პროექტით“, რომელიც კითხულობს, რატომ არის სამყარო ასეთი. ის ანთროპული პრინციპი, რომელიც ჩამოაყალიბა ფიზიკაში 1962 წელს დ.დიკის მიერ.

ფარდობითობის, განუსაზღვრელობის, კომპლემენტარობის, სიმეტრიის, სინერგიის პრინციპები, ანთროპული პრინციპი, ისევე როგორც ალბათური მიზეზობრივი დამოკიდებულებების ღრმა საბაზისო ბუნების მტკიცება დინამიურ, ცალსახა მიზეზობრივ დამოკიდებულებებთან მიმართებაში, წარმოადგენს თანამედროვეს კატეგორიულ-კონცეპტუალურ სტრუქტურას. გეშტალტი, ფიზიკური რეალობის სურათი.

ლიტერატურა

1. ახიეზერ ა.ი., რეკალო მ.პ. მსოფლიოს თანამედროვე ფიზიკური სურათი. მ., 1980 წ.

2. Bohr N. ატომური ფიზიკა და ადამიანის ცოდნა. მ., 1961 წ.

3. Bor N. Causality and Complementarity// Bor N. რჩეული სამეცნიერო ნაშრომები 2 ტომში V.2. მ., 1971 წ.

4. დაბადებული მ ფიზიკა ჩემი თაობის ცხოვრებაში, მ., 1061 წ.

5. Broglie L. De. რევოლუცია ფიზიკაში. მ., 1963 წ

6. ჰაიზენბერგი V. ფიზიკა და ფილოსოფია. ნაწილი და მთელი. M. 1989 წ.

8. Einstein A., Infeld L. ფიზიკის ევოლუცია. მ., 1965 წ.

მექანიკაარის ფიზიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს მატერიის მოძრაობის უმარტივეს ფორმას - მექანიკური მოძრაობა, რომელიც მოიცავს დროთა განმავლობაში სხეულების ან მათი ნაწილების პოზიციის შეცვლას. ის ფაქტი, რომ მექანიკური ფენომენი ხდება სივრცესა და დროს, აისახება მექანიკის ნებისმიერ კანონში, რომელიც აშკარად ან იმპლიციტურად შეიცავს სივრცე-დროის მიმართებებს - მანძილებს და დროის ინტერვალებს.

მექანიკა ადგენს თავის თავს ორი ძირითადი ამოცანა:

სხვადასხვა მოძრაობის შესწავლა და მიღებული შედეგების განზოგადება კანონების სახით, რომელთა დახმარებითაც შესაძლებელია თითოეულ კონკრეტულ შემთხვევაში მოძრაობის ბუნების პროგნოზირება. ამ პრობლემის გადაწყვეტამ განაპირობა ი.ნიუტონისა და ა.აინშტაინის მიერ ე.წ. დინამიური კანონების დამკვიდრება;

ნებისმიერი მექანიკური სისტემისთვის დამახასიათებელი საერთო თვისებების ძიება მისი მოძრაობის პროცესში. ამ პრობლემის გადაჭრის შედეგად აღმოაჩინეს ისეთი ფუნდამენტური სიდიდეების შენარჩუნების კანონები, როგორიცაა ენერგია, იმპულსი და კუთხური იმპულსი.

დინამიური კანონები და ენერგიის, იმპულსის და კუთხური იმპულსის შენარჩუნების კანონები მექანიკის ძირითადი კანონებია და წარმოადგენს ამ თავის შინაარსს.

§ერთი. მექანიკური მოძრაობა: ძირითადი ცნებები

კლასიკური მექანიკა შედგება სამი ძირითადი ნაწილისგან - სტატიკა, კინემატიკა და დინამიკა. სტატიკაში განიხილება ძალების დამატების კანონები და სხეულების წონასწორობის პირობები. კინემატიკაში მოცემულია ყველა სახის მექანიკური მოძრაობის მათემატიკური აღწერა, მიუხედავად მისი გამომწვევი მიზეზებისა. დინამიკაში შესწავლილია სხეულებს შორის ურთიერთქმედების გავლენა მათ მექანიკურ მოძრაობაზე.

პრაქტიკაში ყველაფერი ფიზიკური პრობლემები დაახლოებით მოგვარებულია: რეალური რთული მოძრაობაგანიხილება როგორც მარტივი მოძრაობების ერთობლიობა, რეალური ობიექტი შეიცვალა იდეალიზებული მოდელითეს ობიექტი და ა.შ. მაგალითად, როდესაც განიხილავს დედამიწის მოძრაობას მზის გარშემო, შეიძლება უგულებელვყოთ დედამიწის ზომა. ამ შემთხვევაში მოძრაობის აღწერა ძალიან გამარტივებულია - დედამიწის პოზიცია სივრცეში შეიძლება განისაზღვროს ერთი წერტილით. მექანიკის მოდელებს შორის განმსაზღვრელია მატერიალური წერტილი და აბსოლუტურად ხისტი სხეული.

მატერიალური წერტილი (ან ნაწილაკი)არის სხეული, რომლის ფორმა და ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ ამ პრობლემის პირობებში. ნებისმიერი სხეული გონებრივად შეიძლება დაიყოს ძალიან დიდ ნაწილებად, თვითნებურად მცირე მთელი სხეულის ზომასთან შედარებით. თითოეული ეს ნაწილი შეიძლება ჩაითვალოს მატერიალურ წერტილად, ხოლო თავად სხეული - როგორც მატერიალური წერტილების სისტემა.

თუ სხეულის დეფორმაციები სხვა სხეულებთან ურთიერთქმედების დროს უმნიშვნელოა, მაშინ იგი აღწერილია მოდელის მიერ. აბსოლუტურად ხისტი სხეული.

აბსოლუტურად ხისტი სხეული (ან ხისტი სხეული) არის სხეული, რომლის მანძილი ნებისმიერ ორ წერტილს შორის მოძრაობის პროცესში არ იცვლება.სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის სხეული, რომლის ფორმა და ზომები მოძრაობისას არ იცვლება. აბსოლუტურად ხისტი სხეული შეიძლება ჩაითვალოს ერთმანეთთან მჭიდროდ დაკავშირებული მატერიალური წერტილების სისტემად.

სხეულის პოზიცია სივრცეში შეიძლება განისაზღვროს მხოლოდ ზოგიერთ სხვა სხეულთან მიმართებაში. მაგალითად, აზრი აქვს ვისაუბროთ პლანეტის პოზიციაზე მზესთან მიმართებაში, თვითმფრინავის ან გემის შესახებ დედამიწასთან მიმართებაში, მაგრამ არ შეიძლება მიუთითოთ მათი პოზიცია სივრცეში რაიმე კონკრეტული სხეულის გათვალისწინების გარეშე. აბსოლუტურად ხისტ სხეულს, რომელიც ჩვენთვის საინტერესო ობიექტის პოზიციის განსაზღვრას ემსახურება, რეფერენტი ეწოდება. ობიექტის მოძრაობის აღსაწერად, საცნობარო სხეული ასოცირდება ნებისმიერ კოორდინატულ სისტემასთან, მაგალითად, მართკუთხა დეკარტის კოორდინატულ სისტემასთან. ობიექტის კოორდინატები საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ მისი პოზიცია სივრცეში. დამოუკიდებელი კოორდინატების უმცირეს რაოდენობას, რომელიც უნდა იყოს დაყენებული, რათა სრულად განისაზღვროს სხეულის პოზიცია სივრცეში, ეწოდება თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა. მაგალითად, სივრცეში თავისუფლად მოძრავ მატერიალურ წერტილს აქვს თავისუფლების სამი ხარისხი: წერტილს შეუძლია გააკეთოს სამი დამოუკიდებელი მოძრაობა დეკარტის მართკუთხა კოორდინატთა სისტემის ღერძების გასწვრივ. აბსოლუტურად ხისტ სხეულს აქვს თავისუფლების ექვსი ხარისხი: სივრცეში მისი პოზიციის დასადგენად საჭიროა თავისუფლების სამი ხარისხი კოორდინატთა ღერძების გასწვრივ მთარგმნელობითი მოძრაობის აღსაწერად და სამი იმავე ღერძების გარშემო ბრუნვის აღსაწერად. კოორდინატთა სისტემა აღჭურვილია საათით დროის შესანარჩუნებლად.

საცნობარო სხეულის სიმრავლე, მასთან დაკავშირებული კოორდინატთა სისტემა და ერთმანეთთან სინქრონიზებული საათების ნაკრები ქმნის საცნობარო ჩარჩოს.

კლასიკური მექანიკა (ნიუტონის მექანიკა)

ფიზიკის, როგორც მეცნიერების დაბადება დაკავშირებულია გალილეოსა და ი.ნიუტონის აღმოჩენებთან. განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ი.ნიუტონის წვლილი, რომელმაც მათემატიკის ენაზე დაწერა მექანიკის კანონები. ი.ნიუტონმა გამოაქვეყნა თავისი თეორია, რომელსაც ხშირად კლასიკურ მექანიკას უწოდებენ, თავის ნაშრომში „ბუნებრივი ფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები“ (1687).

კლასიკური მექანიკის საფუძველი შედგება სამი კანონისა და ორი დებულებისგან სივრცისა და დროის შესახებ.

სანამ ი. ნიუტონის კანონებს განვიხილავდეთ, გავიხსენოთ რა არის ათვლის სისტემა და ინერციული ათვლის სისტემა, ვინაიდან ი. ნიუტონის კანონები არ მოქმედებს ყველა მითითების სისტემაში, არამედ მხოლოდ ინერციულ მიმართვის სისტემაში.

საცნობარო სისტემა არის კოორდინატთა სისტემა, მაგალითად, მართკუთხა დეკარტის კოორდინატები, რომელსაც ავსებს საათი, რომელიც მდებარეობს გეომეტრიულად მყარი საშუალების თითოეულ წერტილში. გეომეტრიულად მყარი გარემო არის წერტილების უსასრულო ნაკრები, რომელთა შორის მანძილი დაფიქსირებულია. ი.ნიუტონის მექანიკაში ვარაუდობენ, რომ დრო მიედინება საათის პოზიციის მიუხედავად, ე.ი. საათები სინქრონიზებულია და, შესაბამისად, დრო ერთნაირად მიედინება ყველა მითითების ჩარჩოში.

კლასიკურ მექანიკაში სივრცე მიჩნეულია ევკლიდესად, ხოლო დრო წარმოდგენილია ევკლიდეს სწორი ხაზით. ანუ ი.ნიუტონმა სივრცე აბსოლუტურად მიიჩნია, ე.ი. ყველგან ერთნაირია. ეს ნიშნავს, რომ სიგრძის გასაზომად შეიძლება გამოყენებულ იქნას არადეფორმირებადი წნელები, მათზე დატანილი მარკირებით. საცნობარო სისტემებს შორის შეიძლება გამოვყოთ ისეთი სისტემები, რომლებიც, რიგი სპეციალური დინამიური თვისებების გათვალისწინებით, განსხვავდება დანარჩენისგან.

მითითების ჩარჩოს, რომლის მიმართაც სხეული ერთნაირად და სწორხაზოვნად მოძრაობს, ინერციული ან გალილეური ეწოდება.

ინერციული საცნობარო სისტემების არსებობის ფაქტი ექსპერიმენტულად ვერ დადასტურდება, რადგან რეალურ პირობებში შეუძლებელია მატერიის ნაწილის გამოყოფა, მისი იზოლირება დანარჩენი სამყაროსგან ისე, რომ მატერიის ამ ნაწილის მოძრაობა არ დაზარალდეს. სხვა მატერიალური საგნებით. იმისათვის, რომ განვსაზღვროთ თითოეულ კონკრეტულ შემთხვევაში, შეიძლება თუ არა საცნობარო სისტემა ინერციულად იქნას მიღებული, შეამოწმეთ, არის თუ არა შენარჩუნებული სხეულის სიჩქარე. ამ მიახლოების ხარისხი განსაზღვრავს პრობლემის იდეალიზაციის ხარისხს.

მაგალითად, ასტრონომიაში, ციური სხეულების მოძრაობის შესწავლისას, დეკარტის ორდინატთა სისტემა ხშირად აღიქმება, როგორც ინერციული საცნობარო სისტემა, რომლის დასაწყისი მდებარეობს რომელიმე „ფიქსირებული“ ვარსკვლავის მასის ცენტრში, ხოლო კოორდინატთა ღერძები არის მიმართულია სხვა "ფიქსირებული" ვარსკვლავებისკენ. სინამდვილეში, ვარსკვლავები სხვა ციურ ობიექტებთან შედარებით მაღალი სიჩქარით მოძრაობენ, ამიტომ „ფიქსირებული“ ვარსკვლავის კონცეფცია თვითნებურია. მაგრამ ვარსკვლავებს შორის დიდი მანძილის გამო, ჩვენ მიერ მოცემული პოზიცია საკმარისია პრაქტიკული მიზნებისთვის.

მაგალითად, მზის სისტემისთვის საუკეთესო ინერციული საცნობარო სისტემა იქნება ის, რომლის წარმოშობა ემთხვევა მზის სისტემის მასის ცენტრს, რომელიც პრაქტიკულად მდებარეობს მზის ცენტრში, რადგან ჩვენი მასის 99%-ზე მეტია. პლანეტარული სისტემა კონცენტრირებულია მზეზე. საცნობარო სისტემის კოორდინატთა ღერძები მიმართულია შორეული ვარსკვლავებისკენ, რომლებიც ფიქსირებულად ითვლება. ასეთ სისტემას ე.წ ჰელიოცენტრული.

ი.ნიუტონმა ჩამოაყალიბა განცხადება ინერციული საცნობარო სისტემების არსებობის შესახებ ინერციის კანონის სახით, რომელსაც ნიუტონის პირველი კანონი ეწოდება. ეს კანონი ამბობს: ყველა სხეული იმყოფება მოსვენებულ მდგომარეობაში ან ერთგვაროვან სწორხაზოვან მოძრაობაში, სანამ სხვა სხეულების გავლენა არ შეცვლის ამ მდგომარეობას.

ნიუტონის პირველი კანონი არ არის აშკარა. გ.გალილეომდე ითვლებოდა, რომ ეს ეფექტი იწვევს არა სიჩქარის (აჩქარების), არამედ თავად სიჩქარის ცვლილებას. ეს მოსაზრება ეფუძნებოდა ისეთ ცნობილ ფაქტებს ყოველდღიური ცხოვრებიდან, როგორიცაა ჰორიზონტალური, დონის გზის გასწვრივ მოძრავი ურმის გამუდმებით დაძაბვა, რათა მისი მოძრაობა არ შენელდეს. ახლა უკვე ცნობილია, რომ ეტლის ბიძგებით ვაბალანსებთ მასზე ხახუნის შედეგად განხორციელებულ ეფექტს. მაგრამ ამის ცოდნის გარეშე, ადვილია დავასკვნათ, რომ მოქმედება აუცილებელია მოძრაობის უცვლელად შესანარჩუნებლად.

ნიუტონის მეორე კანონი ამბობს: ნაწილაკების იმპულსის ცვლილების სიჩქარე ნაწილაკზე მოქმედი ძალის ტოლი:

სადაც ტ- წონა; t-დრო; ა-აჩქარება; ვ- სიჩქარის ვექტორი; p=mv- იმპულსი; ფ- ძალა.

Ძალითეწოდება ვექტორული სიდიდე, რომელიც ახასიათებს მოცემულ სხეულზე სხვა სხეულების ზემოქმედებას. ამ მნიშვნელობის მოდული განსაზღვრავს ზემოქმედების ინტენსივობას და მიმართულება ემთხვევა აჩქარების მიმართულებას, რომელიც სხეულს მიენიჭა ამ ზემოქმედებით.

წონაარის სხეულის ინერციის საზომი. ქვეშ ინერციაგაიგოს სხეულის მოუქნელობა ძალის მოქმედების მიმართ, ე.ი. სხეულის თვისება, წინააღმდეგობა გაუწიოს სიჩქარის ცვლილებას ძალის მოქმედებით. გარკვეული სხეულის მასის რიცხვის სახით გამოსახატავად აუცილებელია მისი შედარება ერთეულად აღებულ საორიენტაციო სხეულის მასასთან.

ფორმულა (3.1) ეწოდება ნაწილაკების მოძრაობის განტოლებას. გამოთქმა (3.2) არის ნიუტონის მეორე კანონის მეორე ფორმულირება: ნაწილაკების მასისა და მისი აჩქარების ნამრავლი ტოლია ნაწილაკზე მოქმედი ძალის.

ფორმულა (3.2) ასევე მოქმედებს გაფართოებულ სხეულებზე, თუ ისინი წინ მიიწევენ. თუ სხეულზე მოქმედებს რამდენიმე ძალა, მაშინ ძალის ქვეშ ფფორმულები (3.1) და (3.2) ნიშნავს მათ შედეგს, ე.ი. ძალების ჯამი.

(3.2)-დან გამომდინარეობს, რომ ამისთვის F= 0 (ანუ სხვა სხეულები არ მოქმედებს სხეულზე) აჩქარება ანულის ტოლია, ამიტომ სხეული მოძრაობს სწორი ხაზით და თანაბრად. ამრიგად, ნიუტონის პირველი კანონი, როგორც იქნა, შედის მეორე კანონში, როგორც მისი განსაკუთრებული შემთხვევა. მაგრამ ნიუტონის პირველი კანონი მეორისგან დამოუკიდებლად ყალიბდება, რადგან ის შეიცავს განცხადებას ბუნებაში ინერციული ათვლის ჩარჩოების არსებობის შესახებ.

განტოლებას (3.2) აქვს ასეთი მარტივი ფორმა მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ძალის, მასის და აჩქარების ერთეულები შერჩეულია კოორდინირებული წესით. საზომი ერთეულების დამოუკიდებელი არჩევანით, ნიუტონის მეორე კანონი იწერება შემდეგნაირად:

სადაც მდე -პროპორციულობის კოეფიციენტი.

სხეულების გავლენა ერთმანეთზე ყოველთვის ურთიერთქმედების ხასიათს ატარებს. იმ შემთხვევაში, თუ სხეული მაგრამმოქმედებს სხეულზე ATძალით FBAშემდეგ სხეული ATმოქმედებს სხეულზე ა ერთადძალა F AB.

ნიუტონის მესამე კანონი ამას ამბობს ძალები, რომლებთანაც ორი სხეული ურთიერთქმედებს, ტოლია სიდიდით და საპირისპირო მიმართულებით,იმათ.

ამიტომ, ძალები ყოველთვის წყვილებში წარმოიქმნება. გაითვალისწინეთ, რომ ფორმულაში (3.4) ძალები გამოიყენება სხვადასხვა სხეულებზე და, შესაბამისად, ისინი ვერ აწონასწორებენ ერთმანეთს.

ნიუტონის მესამე კანონი, ისევე როგორც პირველი ორი, მოქმედებს მხოლოდ ინერციულ მიმართვის სისტემაში. არაინერციულ საცნობარო ჩარჩოებში ის არ არის მართებული. გარდა ამისა, ნიუტონის მესამე კანონიდან გადახრები შეინიშნება სხეულებში, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით.

უნდა აღინიშნოს, რომ ნიუტონის სამივე კანონი გაჩნდა დიდი რაოდენობით ექსპერიმენტებისა და დაკვირვებების მონაცემების განზოგადების შედეგად და ამიტომ არის ემპირიული კანონები.

ნიუტონის მექანიკაში ყველა ათვლის სისტემა არ არის თანაბარი, ვინაიდან ინერციული და არაინერციული ათვლის სისტემა განსხვავდება ერთმანეთისგან. მითითებული უთანასწორობა მოწმობს კლასიკური მექანიკის არასაკმარის სიმწიფეს. მეორეს მხრივ, ყველა ინერციული მითითების სისტემა თანაბარია და ნიუტონის კანონები ერთნაირია თითოეულ მათგანში.

გ.გალილეომ 1636 წელს დაადგინა, რომ ინერციულ საცნობარო სისტემაში შეუძლებელია რაიმე მექანიკური ექსპერიმენტით დადგინდეს ის მოსვენებულ მდგომარეობაშია თუ ერთნაირად და სწორხაზოვნად მოძრაობს.

განვიხილოთ ორი ინერციული მითითების სისტემა ნდა N",უფრო მეტიც, სისტემა jV მოძრაობს სისტემასთან შედარებით ნღერძის გასწვრივ Xმუდმივი სიჩქარით ვ(ნახ. 3.1).

ბრინჯი. 3.1.

დავიწყოთ დროის დათვლა იმ მომენტიდან, როდესაც წარმოიქმნება კოორდინატები შესახებდა o "დაემთხვა. ამ შემთხვევაში კოორდინატები Xდა X"თვითნებური წერტილი მგამოთქმით იქნება დაკავშირებული x = x" + vt.კოორდინატთა ღერძების ჩვენი არჩევანით y - y z~ Z- ნიუტონის მექანიკაში ვარაუდობენ, რომ დრო ყველა მითითების სისტემაში ერთნაირად მიედინება, ე.ი. t = t".ამრიგად, ჩვენ მივიღეთ ოთხი განტოლების ნაკრები:

განტოლებები (3.5) ეწოდება გალილეის გარდაქმნები.ისინი შესაძლებელს ხდიან ერთი ინერციული მიმართვის სისტემის კოორდინატებიდან და დროიდან გადავიდეს სხვა ინერციული სისტემის კოორდინატებზე და დროზე. მოდით განვასხვავოთ დრო / პირველი განტოლება (3.5), იმის გათვალისწინებით, რომ t = tასე რომ წარმოებულის მიმართ ტემთხვევა წარმოებულს მიმართ გ.ჩვენ ვიღებთ:

წარმოებული არის ნაწილაკების სიჩქარის პროექცია დასისტემაში ნ

თითო ღერძზე Xამ სისტემის, და წარმოებული არის ნაწილაკების სიჩქარის პროექცია შესახებ"სისტემაში ნ"თითო ღერძზე X„ამ სისტემის. ამიტომ ვიღებთ

სადაც v=vx=vx"- ვექტორის პროექცია ღერძზე Xემთხვევა იმავე ვექტორის პროექციას ღერძზე*“.

ახლა განვასხვავებთ მეორე და მესამე განტოლებებს (3.5) და ვიღებთ:

განტოლებები (3.6) და (3.7) შეიძლება შეიცვალოს ერთი ვექტორული განტოლებით

განტოლება (3.8) შეიძლება ჩაითვალოს როგორც ფორმულა სისტემიდან ნაწილაკების სიჩქარის ტრანსფორმაციისთვის. N"სისტემაში N,ან როგორც სიჩქარის დამატების კანონი: ნაწილაკების სიჩქარე Y სისტემასთან მიმართებაში უდრის ნაწილაკების სიჩქარის ჯამს სისტემასთან მიმართებაში. N"და სისტემის სიჩქარე N"სისტემასთან დაკავშირებით ნ.განვასხვავებთ განტოლებას (3.8) დროის მიხედვით და ვიღებთ:

შესაბამისად, ნაწილაკების აჩქარება სისტემებთან მიმართებაში ნდა WU' იგივეა. სიძლიერე F, N,სიძლიერის ტოლი F",რომელიც მოქმედებს სისტემის ნაწილაკზე N",იმათ.

კავშირი (3.10) დაკმაყოფილდება, რადგან ძალა დამოკიდებულია მოცემულ ნაწილაკსა და მასთან ურთიერთქმედების ნაწილაკებს შორის მანძილებზე (ასევე ნაწილაკების ფარდობით სიჩქარეზე), და ეს მანძილი (და სიჩქარეები) კლასიკურ მექანიკაში არის დაშვებული. ერთნაირი იყოს ყველა ინერციული მითითების სისტემაში. მასას ასევე აქვს იგივე რიცხვითი მნიშვნელობა ყველა ინერციულ საცნობარო სისტემაში.

ზემოაღნიშნული მსჯელობიდან გამომდინარეობს, რომ თუ მიმართება ta = F,მაშინ თანასწორობა დარჩება ma = F".საცნობარო სისტემები ნდა N"მიღებულ იქნა თვითნებურად, ამიტომ მიღებული შედეგი ნიშნავს იმას კლასიკური მექანიკის კანონები ყველა ინერციული საცნობარო სისტემისთვის ერთნაირია.ამ განცხადებას ეწოდება გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი. სხვაგვარად შეიძლება ითქვას: ნიუტონის მექანიკის კანონები უცვლელია გალილეის გარდაქმნების დროს.

სიდიდეებს, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე რიცხვითი მნიშვნელობა ყველა მითითების სისტემაში, ეწოდება უცვლელი (ლათ. ინვარიანტი- შეუცვლელი). ასეთი სიდიდის მაგალითებია ელექტრული მუხტი, მასა და ა.შ.

ინვარიანტებს კოორდინატებისა და დროის ტრანსფორმაციის მიმართ ერთი ინერციული ათვლის სისტემიდან მეორეზე გადასვლისას ეწოდება განტოლებები, რომელთა ფორმა არ იცვლება ასეთი გადასვლისას. სიდიდეები, რომლებიც შედის ამ განტოლებებში, შეიძლება შეიცვალოს ერთი საცნობარო ჩარჩოდან მეორეზე გადასვლისას, მაგრამ ფორმულები, რომლებიც გამოხატავს ურთიერთობას ამ სიდიდეებს შორის, უცვლელი რჩება. ასეთი განტოლების მაგალითებია კლასიკური მექანიკის კანონები.

• ნაწილაკი ნიშნავს მატერიალურ წერტილს, ე.ი. სხეული, რომლის ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ სხვა სხეულებთან დაშორებასთან შედარებით.