კლასიკური მექანიკა

ლექცია 1

შესავალი კლასიკურ მექანიკაში

კლასიკური მექანიკასწავლობს მაკროსკოპული ობიექტების მექანიკურ მოძრაობას, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარეზე ბევრად ნაკლები სიჩქარით ( =3 10 8 მ/წმ). მაკროსკოპული ობიექტები არის ობიექტები, რომელთა ზომებია
მ (მარჯვნივ არის ტიპიური მოლეკულის ზომა).

არარელატივისტურ თეორიებს შორისაა ფიზიკური თეორიები, რომლებიც სწავლობენ სხეულების სისტემებს, რომელთა მოძრაობა ხდება სინათლის სიჩქარეზე ბევრად დაბალი სიჩქარით. თუ სისტემის ნაწილაკების სიჩქარე შედარებულია სინათლის სიჩქარესთან
, მაშინ ასეთი სისტემები დაკავშირებულია რელატივისტურ სისტემებთან და ისინი უნდა იყოს აღწერილი რელატივისტური თეორიების საფუძველზე. ყველა რელატივისტური თეორიის საფუძველია ფარდობითობის სპეციალური თეორია (SRT). თუ შესწავლილი ფიზიკური ობიექტების ზომები მცირეა
მ., მაშინ ასეთი სისტემები მიეკუთვნება კვანტურ სისტემებს, ხოლო მათი თეორიები კვანტურ თეორიებს მიეკუთვნება.

ამრიგად, კლასიკური მექანიკა უნდა განიხილებოდეს, როგორც ნაწილაკების მოძრაობის არარელატივისტური არაკვანტური თეორია.

1.1 მითითების ჩარჩოები და უცვლელობის პრინციპები

მექანიკური მოძრაობა- ეს არის სხეულის პოზიციის ცვლილება სხვა სხეულებთან შედარებით დროთა განმავლობაში სივრცეში.

სივრცე კლასიკურ მექანიკაში ითვლება სამგანზომილებიანად (სივრცეში ნაწილაკის პოზიციის დასადგენად, უნდა მიუთითოთ სამი კოორდინატი), ემორჩილება ევკლიდეს გეომეტრიას (პითაგორას თეორემა ძალაშია სივრცეში) და აბსოლუტურ. დრო არის ერთგანზომილებიანი, ცალმხრივი (იცვლება წარსულიდან მომავალზე) და აბსოლუტური. სივრცისა და დროის აბსოლუტურობა ნიშნავს, რომ მათი თვისებები არ არის დამოკიდებული მატერიის განაწილებაზე და მოძრაობაზე. კლასიკურ მექანიკაში შემდეგი დებულება მიიღება ჭეშმარიტად: სივრცე და დრო ერთმანეთთან არ არის დაკავშირებული და შეიძლება განიხილებოდეს ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად.

მოძრაობა ფარდობითია და, შესაბამისად, მის აღსაწერად თქვენ უნდა აირჩიოთ საცნობარო ორგანო, ე.ი. სხეული, რომლის მიმართ მოძრაობა განიხილება. ვინაიდან მოძრაობა ხდება სივრცესა და დროში, ამა თუ იმ კოორდინატთა სისტემა და საათი უნდა შეირჩეს მის აღსაწერად (სივრცისა და დროის არითმეტიზაციას). სივრცის სამგანზომილებიანობის გამო, მისი თითოეული წერტილი ასოცირდება სამ რიცხვთან (კოორდინატებთან). ამა თუ იმ კოორდინატთა სისტემის არჩევა ჩვეულებრივ ნაკარნახევია ამოცანის პირობითა და სიმეტრიით. თეორიულ მსჯელობაში ჩვენ ჩვეულებრივ გამოვიყენებთ მართკუთხა დეკარტის კოორდინატულ სისტემას (სურათი 1.1).

კლასიკურ მექანიკაში დროის ინტერვალების გასაზომად დროის აბსოლუტურობის გამო საკმარისია კოორდინატთა სისტემის სათავეში მოთავსებული ერთი საათი (ეს საკითხი დეტალურად იქნება განხილული ფარდობითობის თეორიაში). საცნობარო ორგანო და ამ ორგანოსთან დაკავშირებული საათები და მასშტაბები (კოორდინატთა სისტემა) ყალიბდება საცნობარო სისტემა.

0

მოდით გავაცნოთ დახურული ფიზიკური სისტემის კონცეფცია. დახურული ფიზიკური სისტემამატერიალური ობიექტების ისეთ სისტემას უწოდებენ, რომელშიც სისტემის ყველა ობიექტი ურთიერთქმედებს ერთმანეთთან, მაგრამ არ ურთიერთქმედებს ობიექტებთან, რომლებიც არ შედის სისტემაში.

როგორც ექსპერიმენტებმა აჩვენა, უცვლელობის შემდეგი პრინციპები მართებულია რიგი საცნობარო სისტემების მიმართ.

უცვლელობის პრინციპი სივრცითი ძვრებისას(სივრცე ერთგვაროვანია): დახურული ფიზიკური სისტემის შიგნით პროცესების მიმდინარეობაზე გავლენას არ ახდენს მისი პოზიცია საცნობარო სხეულთან მიმართებაში.

უცვლელობის პრინციპი სივრცითი ბრუნვის პირობებში(სივრცე იზოტროპულია): დახურული ფიზიკური სისტემის შიგნით პროცესების მიმდინარეობაზე გავლენას არ ახდენს მისი ორიენტაცია საცნობარო სხეულთან მიმართებაში.

უცვლელობის პრინციპი დროის ცვლებთან მიმართებაში(დრო ერთგვაროვანია): პროცესების დაწყების დრო არ ახდენს გავლენას დახურულ ფიზიკურ სისტემაში პროცესების მიმდინარეობაზე.

უცვლელობის პრინციპი სარკის ანარეკლების ქვეშ(სივრცე სარკე-სიმეტრიულია): პროცესები, რომლებიც ხდება დახურულ სარკე-სიმეტრიულ ფიზიკურ სისტემებში, თავისთავად სარკე-სიმეტრიულია.

საცნობარო ჩარჩოებს, რომლებზეც სივრცე ერთგვაროვანი, იზოტროპული და სარკე-სიმეტრიულია, ხოლო დრო ერთნაირად ე.წ. ინერციული საცნობარო სისტემები(ISO).

ნიუტონის პირველი კანონიირწმუნება, რომ ISO-ები არსებობს.

არსებობს არა ერთი, არამედ უსასრულო რაოდენობის ISO. მითითების ეს ჩარჩო, რომელიც ISO-სთან მიმართებაში მოძრაობს სწორი ხაზით და თანაბრად, თავად იქნება ISO.

ფარდობითობის პრინციპიამტკიცებს, რომ პროცესების ნაკადზე დახურულ ფიზიკურ სისტემაში გავლენას არ ახდენს მისი მართკუთხა ერთიანი მოძრაობა საცნობარო ჩარჩოსთან მიმართებაში; პროცესების აღწერის კანონები ერთნაირია სხვადასხვა ISO-ში; თავად პროცესები იგივე იქნება, თუ საწყისი პირობები იგივეა.

1.2 კლასიკური მექანიკის ძირითადი მოდელები და სექციები

კლასიკურ მექანიკაში, რეალური ფიზიკური სისტემების აღწერისას, შემოტანილია მთელი რიგი აბსტრაქტული ცნებები, რომლებიც შეესაბამება რეალურ ფიზიკურ ობიექტებს. ასეთი ძირითადი ცნებები მოიცავს: დახურულ ფიზიკურ სისტემას, მატერიალურ წერტილს (ნაწილაკს), აბსოლუტურად ხისტ სხეულს, უწყვეტ გარემოს და სხვა რიგს.

მატერიალური წერტილი (ნაწილაკი)- სხეული, რომლის ზომები და შინაგანი სტრუქტურა შეიძლება უგულებელყო მისი მოძრაობის აღწერისას. გარდა ამისა, თითოეულ ნაწილაკს ახასიათებს მისი სპეციფიკური პარამეტრების ნაკრები - მასა, ელექტრული მუხტი. მატერიალური წერტილის მოდელი არ ითვალისწინებს ნაწილაკების სტრუქტურულ შინაგან მახასიათებლებს: ინერციის მომენტი, დიპოლური მომენტი, შინაგანი მომენტი (სპინი) და ა.შ. ნაწილაკის პოზიცია სივრცეში ხასიათდება სამი რიცხვით (კოორდინატებით) ან რადიუსის ვექტორით. (ნახ. 1.1).

აბსოლუტურად ხისტი სხეული

მატერიალური წერტილების სისტემა, რომელთა შორის მანძილი არ იცვლება მათი მოძრაობისას;

სხეული, რომლის დეფორმაციები შეიძლება უგულებელყო.

რეალური ფიზიკური პროცესი განიხილება, როგორც ელემენტარული მოვლენების უწყვეტი თანმიმდევრობა.

ელემენტარული მოვლენაარის ფენომენი ნულოვანი სივრცით და ნულოვანი ხანგრძლივობით (მაგალითად, ტყვია ხვდება სამიზნეს). მოვლენას ახასიათებს ოთხი რიცხვი – კოორდინატები; სამი სივრცითი კოორდინატი (ან რადიუსი - ვექტორი) და ერთი დროის კოორდინატი:
. ამ შემთხვევაში ნაწილაკის მოძრაობა წარმოდგენილია შემდეგი ელემენტარული მოვლენების უწყვეტი თანმიმდევრობით: ნაწილაკის გავლა მოცემულ დროს სივრცეში მოცემულ წერტილში.

ნაწილაკების მოძრაობის კანონი მიჩნეულია მიღებულად, თუ ცნობილია ნაწილაკის რადიუს-ვექტორის (ან მისი სამი კოორდინატის) დამოკიდებულება დროზე:

შესწავლილი ობიექტების ტიპებიდან გამომდინარე, კლასიკური მექანიკა იყოფა ნაწილაკების მექანიკა და ნაწილაკების სისტემები, აბსოლუტურად ხისტი სხეულის მექანიკა და უწყვეტი მედიის მექანიკა (ელასტიური სხეულების მექანიკა, ჰიდრომექანიკა, აერომექანიკა).

გადასაჭრელი ამოცანების ბუნების მიხედვით კლასიკური მექანიკა იყოფა კინემატიკად, დინამიკად და სტატიკად. კინემატიკასწავლობს ნაწილაკების მექანიკურ მოძრაობას იმ მიზეზების გათვალისწინების გარეშე, რომლებიც იწვევენ ნაწილაკების (ძალების) მოძრაობის ბუნების ცვლილებას. სისტემის ნაწილაკების მოძრაობის კანონი მიჩნეულია მოცემულად. ამ კანონის მიხედვით კინემატიკაში განისაზღვრება სისტემის ნაწილაკების სიჩქარეები, აჩქარებები, ტრაექტორიები. დინამიკაგანიხილავს ნაწილაკების მექანიკურ მოძრაობას იმ მიზეზების გათვალისწინებით, რომლებიც იწვევენ ნაწილაკების მოძრაობის ბუნების ცვლილებას. ძალები, რომლებიც მოქმედებენ სისტემის ნაწილაკებს შორის და სისტემის ნაწილაკებზე სისტემაში არ შემავალი სხეულებიდან, ითვლება ცნობად. კლასიკურ მექანიკაში ძალების ბუნება არ არის განხილული. სტატიკაშეიძლება ჩაითვალოს დინამიკის განსაკუთრებულ შემთხვევად, სადაც შესწავლილია სისტემის ნაწილაკების მექანიკური წონასწორობის პირობები.

სისტემების აღწერის მეთოდის მიხედვით მექანიკა იყოფა ნიუტონურ და ანალიტიკურ მექანიკად.

1.3 მოვლენის კოორდინატების გარდაქმნები

მოდით განვიხილოთ, თუ როგორ გარდაიქმნება მოვლენების კოორდინატები ერთი IFR-დან მეორეზე გადასვლისას.

1. სივრცითი ცვლა. ამ შემთხვევაში, ტრანსფორმაციები ასე გამოიყურება:

(1.1)

სად
არის სივრცითი ცვლის ვექტორი, რომელიც არ არის დამოკიდებული მოვლენის რიცხვზე (ა ინდექსი).

2. დროის ცვლა:

,
, (1.2)

სად - დროის ცვლა.

3. სივრცითი როტაცია:

,
, (1.3)

სად
არის უსასრულოდ მცირე ბრუნვის ვექტორი (ნახ. 1.2).

4. დროის ინვერსია (დროის შებრუნება):

,
. (1.4)

5. სივრცითი ინვერსია (ასახვა წერტილში):

, (1.5)

6. გალილეის გარდაქმნები.ჩვენ განვიხილავთ მოვლენათა კოორდინატების ტრანსფორმაციას ერთი IFR-დან მეორეზე გადასვლისას, რომელიც მოძრაობს პირველთან შედარებით სწორი ხაზით და თანაბრად სიჩქარით. (ნახ.1.3):

, , (1.6)

სად არის მეორე თანაფარდობა პოსტულირებული(!) და გამოხატავს დროის აბსოლუტურობას.

სივრცითი კოორდინატების ტრანსფორმაციის მარჯვენა და მარცხენა ნაწილების დროის მიხედვით დიფერენცირება დროის აბსოლუტური ხასიათის გათვალისწინებით, განმარტების გამოყენებით სიჩქარე, როგორც რადიუს-ვექტორის წარმოებული დროის მიმართ, პირობა, რომ =const, ვიღებთ სიჩქარის შეკრების კლასიკურ კანონს

. (1.7)

აქ განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მივაქციოთ იმას, რომ ბოლო მიმართების გამოყვანისას საჭიროგაითვალისწინეთ დროის აბსოლუტური ხასიათის პოსტულატი.

ბრინჯი. 1.2 ნახ. 1.3

განსხვავებები დროის მიმართ ისევ განმარტების გამოყენებით აჩქარება, როგორც სიჩქარის წარმოებული დროის მიმართ, მივიღებთ, რომ აჩქარება იგივეა სხვადასხვა ISO-ებთან მიმართებაში (ინვარიანტულია გალილეის გარდაქმნების მიმართ). ეს განცხადება მათემატიკურად გამოხატავს ფარდობითობის პრინციპს კლასიკურ მექანიკაში.

მათემატიკური თვალსაზრისით 1-6 გარდაქმნები ქმნიან ჯგუფს. მართლაც, ეს ჯგუფი შეიცავს ერთ ტრანსფორმაციას - იდენტურ ტრანსფორმაციას, რომელიც შეესაბამება ერთი სისტემიდან მეორეზე გადასვლის არარსებობას; თითოეული ტრანსფორმაციისთვის 1-6 არის ინვერსიული ტრანსფორმაცია, რომელიც სისტემას თავდაპირველ მდგომარეობამდე მიიყვანს. გამრავლების (შედგენის) ოპერაცია შემოტანილია, როგორც შესაბამისი გარდაქმნების თანმიმდევრული გამოყენება. განსაკუთრებით უნდა აღინიშნოს, რომ ბრუნვის გარდაქმნების ჯგუფი არ ემორჩილება კომუტაციური (პერმუტაციის) კანონს, ე.ი. არის არააბელიანი. სრული ტრანსფორმაციის ჯგუფს 1-6 ეწოდება გალილეის ტრანსფორმაციის ჯგუფი.

1.4 ვექტორები და სკალარები

ვექტორიფიზიკური სიდიდე ეწოდება, რომელიც გარდაიქმნება ნაწილაკის რადიუსის ვექტორად და ხასიათდება მისი რიცხვითი მნიშვნელობითა და მიმართულებით სივრცეში. სივრცითი ინვერსიის ოპერაციასთან დაკავშირებით ვექტორები იყოფა მართალია(პოლარული) და ფსევდოვექტორები(ღერძული). სივრცითი ინვერსიით, ჭეშმარიტი ვექტორი ცვლის თავის ნიშანს, ფსევდოვექტორი არ იცვლება.

სკალარებიხასიათდება მხოლოდ მათი რიცხვითი მნიშვნელობით. სივრცითი ინვერსიის ოპერაციასთან დაკავშირებით, სკალარები იყოფა მართალიადა ფსევდოსკალარები. სივრცითი ინვერსიით, ჭეშმარიტი სკალარი არ იცვლება, ფსევდოსკალარი ცვლის თავის ნიშანს.

მაგალითები. რადიუსის ვექტორი, სიჩქარე, ნაწილაკების აჩქარება ნამდვილი ვექტორებია. ბრუნვის კუთხის, კუთხური სიჩქარის, კუთხური აჩქარების ვექტორები ფსევდოვექტორებია. ორი ჭეშმარიტი ვექტორის ვექტორული ნამრავლი არის ფსევდოვექტორი, ჭეშმარიტი ვექტორის და ფსევდოვექტორის ნამრავლი არის ჭეშმარიტი ვექტორი. ორი ჭეშმარიტი ვექტორის სკალარული ნამრავლი არის ჭეშმარიტი სკალარი, ჭეშმარიტი ვექტორი გამრავლებული ფსევდოვექტორზე არის ფსევდოსკალარი.

უნდა აღინიშნოს, რომ ვექტორში ან სკალარულ თანასწორობაში მარჯვნივ და მარცხნივ უნდა იყოს იგივე ხასიათის ტერმინები სივრცითი ინვერსიის მოქმედების მიმართ: ჭეშმარიტი სკალრები ან ფსევდოსკალარები, ჭეშმარიტი ვექტორები ან ფსევდოვექტორები.

მექანიკა- ეს არის ფიზიკის ნაწილი, რომელიც სწავლობს მექანიკური მოძრაობის კანონებს და მიზეზებს, რომლებიც იწვევს ან ცვლის ამ მოძრაობას.

მექანიკა, თავის მხრივ, იყოფა კინემატიკად, დინამიკად და სტატიკად.

მექანიკური მოძრაობა- ეს არის დროთა განმავლობაში სხეულების ან სხეულის ნაწილების შედარებითი პოზიციის ცვლილება.

წონაარის სკალარული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც რაოდენობრივად ახასიათებს მატერიის ინერტულ და გრავიტაციულ თვისებებს.

ინერცია- ეს არის სხეულის სურვილი შეინარჩუნოს მოსვენების მდგომარეობა ან ერთგვაროვანი სწორხაზოვანი მოძრაობა.

ინერციული მასაახასიათებს სხეულის უნარს გაუძლოს მისი მდგომარეობის ცვლილებას (დასვენება ან მოძრაობა), მაგალითად, ნიუტონის მეორე კანონში.

.

გრავიტაციული მასაახასიათებს სხეულის უნარს შექმნას გრავიტაციული ველი, რომელიც ხასიათდება ვექტორული რაოდენობით დაძაბულობას უწოდებენ. წერტილის მასის გრავიტაციული ველის ინტენსივობა უდრის:

,

გრავიტაციული მასა ახასიათებს სხეულის უნარს, ურთიერთქმედდეს გრავიტაციულ ველთან:

.

პ ეკვივალენტობის პრინციპიგრავიტაციული და ინერციული მასები: თითოეული მასა ერთდროულად არის ინერციული და გრავიტაციული.

სხეულის მასა დამოკიდებულია ρ ნივთიერების სიმკვრივეზე და სხეულის ზომაზე (სხეულის მოცულობა V):

.

მასის ცნება არ არის იდენტური წონისა და გრავიტაციის ცნებებთან. ეს არ არის დამოკიდებული სიმძიმის ველებზე და აჩქარებაზე.

Ინერციის მომენტიარის ტენზორული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც რაოდენობრივად ახასიათებს მყარი სხეულის ინერციას, რომელიც ვლინდება ბრუნვით მოძრაობაში.

ბრუნვის მოძრაობის აღწერისას საკმარისი არ არის მასის დაზუსტება. სხეულის ინერცია ბრუნვის მოძრაობაში დამოკიდებულია არა მხოლოდ მასაზე, არამედ მის განაწილებაზე ბრუნვის ღერძთან მიმართებაში.

1. მატერიალური წერტილის ინერციის მომენტი

,

სადაც m არის მატერიალური წერტილის მასა; r არის მანძილი წერტილიდან ბრუნვის ღერძამდე.

2. მატერიალურ წერტილთა სისტემის ინერციის მომენტი

.

3. იდეალურად ხისტი სხეულის ინერციის მომენტი

.

ძალის- ეს არის ვექტორული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც არის სხვა სხეულების ან ველების სხეულზე მექანიკური ზემოქმედების საზომი, რის შედეგადაც სხეული იძენს აჩქარებას ან დეფორმირებას (იცვლის ფორმას ან ზომას).

მექანიკა იყენებს სხვადასხვა მოდელებს მექანიკური მოძრაობის აღსაწერად.

მატერიალური წერტილი(მ.ტ.) არის მასის მქონე სხეული, რომლის ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ ამ პრობლემაში.

აბსოლუტურად ხისტი სხეული(ა.თ.თ.) არის სხეული, რომელიც მოძრაობის პროცესში არ დეფორმირდება, ანუ მოძრაობის პროცესში ნებისმიერ ორ წერტილს შორის მანძილი უცვლელი რჩება.
§ 2. მოძრაობის კანონები.

• 
  პირველი კანონი ნ ნიუტონი : ნებისმიერი მატერიალური წერტილი (სხეული) ინარჩუნებს დასვენების მდგომარეობას ან ერთგვაროვან სწორხაზოვან მოძრაობას მანამ, სანამ სხვა სხეულების ზემოქმედება არ შეცვლის მას ამ მდგომარეობას.

მითითების იმ ჩარჩოებს, რომლებთან დაკავშირებითაც სრულდება ნიუტონის პირველი კანონი, ეწოდება ინერციული მითითების სისტემა (ISR). ამიტომ, ნიუტონის პირველი კანონი ამტკიცებს IFR-ის არსებობას.

• 
  ნიუტონის მეორე კანონი (მთარგმნელობითი მოძრაობის დინამიკის მთავარი კანონი): მატერიალური წერტილის (სხეულის) იმპულსის ცვლილების სიჩქარე უდრის მასზე მოქმედი ძალების ჯამს.

• 
  ნიუტონის მესამე კანონი : მატერიალური წერტილების (სხეულების) ნებისმიერ მოქმედებას ერთმანეთზე აქვს ურთიერთმოქმედების ხასიათი; ძალები, რომლებითაც მატერიალური წერტილები მოქმედებენ ერთმანეთზე, ყოველთვის ტოლია აბსოლუტური მნიშვნელობით, საპირისპიროდ მიმართული და მოქმედებს ამ წერტილების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ.

,

აქ - ძალა, რომელიც მოქმედებს პირველ მატერიალურ წერტილზე მეორედან; - ძალა, რომელიც მოქმედებს მეორე მატერიალურ წერტილზე პირველის მხრიდან. ეს ძალები გამოიყენება სხვადასხვა მატერიალურ წერტილებზე (სხეულებზე), ყოველთვის მოქმედებენ წყვილებში და ერთი და იგივე ბუნების ძალებია.

,

აქ არის გრავიტაციული მუდმივი.
.

კონსერვაციის კანონები კლასიკურ მექანიკაში.

კონსერვაციის კანონები სრულდება ურთიერთმოქმედი სხეულების დახურულ სისტემებში.

სისტემას ეწოდება დახურული, თუ სისტემაზე არ მოქმედებს გარე ძალები.

პულსი - ვექტორული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც რაოდენობრივად ახასიათებს მთარგმნელობითი მოძრაობის მარაგს:

.

იმპულსის შენარჩუნების კანონი მატერიალური წერტილების სისტემები(მ.ტ.): დახურულ სისტემებში მ.ტ. მთლიანი იმპულსი შენარჩუნებულია

,
,

სადაც არის i-ე მატერიალური წერტილის სიჩქარე ურთიერთქმედებამდე; არის მისი სიჩქარე ურთიერთქმედების შემდეგ.

იმპულსის მომენტი არის ფიზიკური ვექტორული სიდიდე, რომელიც რაოდენობრივად ახასიათებს ბრუნვის მოძრაობის რეზერვს.

,

არის მატერიალური წერტილის იმპულსი, არის მატერიალური წერტილის რადიუსის ვექტორი.
კუთხური იმპულსის შენარჩუნების კანონი : დახურულ სისტემაში მთლიანი კუთხოვანი იმპულსი შენარჩუნებულია:

.

ფიზიკურ რაოდენობას, რომელიც ახასიათებს სხეულის ან სხეულთა სისტემის მუშაობის უნარს, ენერგია ეწოდება.

ენერგია არის სკალარული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც არის სისტემის მდგომარეობის ყველაზე ზოგადი მახასიათებელი.

სისტემის მდგომარეობა განისაზღვრება მისი მოძრაობით და კონფიგურაციით, ანუ მისი ნაწილების ურთიერთგანლაგებით. სისტემის მოძრაობას ახასიათებს კინეტიკური ენერგია K, ხოლო კონფიგურაცია (ძალათა პოტენციურ ველში ყოფნა) პოტენციური ენერგიით U.

მთლიანი ენერგიაგანისაზღვრება როგორც ჯამი:

E = K + U + E int,

სადაც E ext არის სხეულის შინაგანი ენერგია.

კინეტიკური და პოტენციური ენერგიები ემატება მექანიკური ენერგია .

აინშტაინის ფორმულა(ენერგიის და მასის კავშირი):

საცნობარო ჩარჩოში, რომელიც დაკავშირებულია m.t. სისტემის მასის ცენტრთან, m \u003d m 0 არის დანარჩენი მასა და E \u003d E 0 \u003d m 0. გ 2 - დასვენების ენერგია.

შინაგანი ენერგია განისაზღვრება თვით სხეულთან დაკავშირებული მითითების ჩარჩოში, ანუ შინაგანი ენერგია არის ამავე დროს დანარჩენი ენერგია.

Კინეტიკური ენერგია არის სხეულის ან სხეულთა სისტემის მექანიკური მოძრაობის ენერგია. რელატივისტური კინეტიკური ენერგია განისაზღვრება ფორმულით

დაბალი სიჩქარით v

.

Პოტენციური ენერგია არის სკალარული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს სხეულების ურთიერთქმედებას სხვა სხეულებთან ან ველებთან.

მაგალითები:

ელასტიური ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია

;

• 
  წერტილოვანი მასების გრავიტაციული ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია

;

ენერგიის შენარჩუნების კანონი : მატერიალური წერტილების დახურული სისტემის ჯამური ენერგია შენარჩუნებულია

.

ენერგიის გაფანტვის (გაფანტვის) არარსებობის შემთხვევაში შენარჩუნებულია როგორც მთლიანი, ისე მექანიკური ენერგია. დისპაციურ სისტემებში მთლიანი ენერგია შენარჩუნებულია, ხოლო მექანიკური ენერგია არ არის დაცული.

§ 2. კლასიკური ელექტროდინამიკის ძირითადი ცნებები.

ელექტრომაგნიტური ველის წყარო არის ელექტრული მუხტი.

Ელექტრული მუხტი არის ზოგიერთი ელემენტარული ნაწილაკის თვისება, შევიდეს ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებაში.

ელექტრო დამუხტვის თვისებები :

1. ელექტრული მუხტი შეიძლება იყოს დადებითი და უარყოფითი (ზოგადად მიღებულია, რომ პროტონი დადებითად არის დამუხტული, ხოლო ელექტრონი უარყოფითად).

2. ელექტრული მუხტი კვანტიზებულია. ელექტრული მუხტის კვანტი არის ელემენტარული ელექტრული მუხტი (е = 1,610 –19 C). თავისუფალ მდგომარეობაში, ყველა მუხტი არის ელემენტარული ელექტრული მუხტების მთელი რიცხვის ჯერადი:

3. მუხტის შენარჩუნების კანონი: დახურული სისტემის მთლიანი ელექტრული მუხტი შენარჩუნებულია დამუხტულ ნაწილაკებთან დაკავშირებული ყველა პროცესში:

q 1 + q 2 +...+ q N = q 1 * + q 2 * +...+ q N * .

4. რელატივისტური ინვარიანტობა: სისტემის მთლიანი მუხტის მნიშვნელობა არ არის დამოკიდებული მუხტის მატარებლების მოძრაობაზე (მოძრავი და მოსვენებული ნაწილაკების მუხტი ერთნაირია). სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ყველა ISO-ში, ნებისმიერი ნაწილაკების ან სხეულის მუხტი ერთნაირია.

ელექტრომაგნიტური ველის აღწერა.

მუხტები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან (ნახ. 1). ძალის სიდიდე, რომლითაც ერთი და იგივე ნიშნის მუხტები ერთმანეთს იგერიებენ და საპირისპირო ნიშნების მუხტები იზიდავს ერთმანეთს, განისაზღვრება ემპირიულად დადგენილი კულონის კანონის გამოყენებით:

.

Აქ
,
არის ელექტრული მუდმივი.

ნახ.1

და როგორია დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების მექანიზმი? შეიძლება წამოვაყენოთ შემდეგი ჰიპოთეზა: ელექტრული მუხტის მქონე სხეულები წარმოქმნიან ელექტრომაგნიტურ ველს. თავის მხრივ, ელექტრომაგნიტური ველი მოქმედებს სხვა დამუხტულ სხეულებზე, რომლებიც ამ ველში არიან. გაჩნდა ახალი მატერიალური ობიექტი - ელექტრომაგნიტური ველი.

გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ნებისმიერ ელექტრომაგნიტურ ველში ძალა მოქმედებს სტაციონარულ მუხტზე, რომლის სიდიდე დამოკიდებულია მხოლოდ მუხტის სიდიდეზე (ძალის სიდიდე პროპორციულია მუხტის სიდიდის
) და მისი პოზიცია სფეროში. შესაძლებელია ველის თითოეულ წერტილს გარკვეული ვექტორის მინიჭება , რომელიც არის პროპორციულობის კოეფიციენტი ველში ფიქსირებულ მუხტზე მოქმედ ძალასა და მუხტს შორის . შემდეგ ძალა, რომლითაც ველი მოქმედებს ფიქსირებულ მუხტზე, შეიძლება განისაზღვროს ფორმულით:

.

ელექტრომაგნიტური ველის მიერ სტაციონარულ მუხტზე მოქმედ ძალას ელექტრული ძალა ეწოდება. . ვექტორულ რაოდენობას, რომელიც ახასიათებს ველის მდგომარეობას, რომელიც იწვევს მოქმედებას, ეწოდება ელექტრომაგნიტური ველის ელექტრული სიძლიერე.

მუხტების შემდგომი ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ ვექტორი სრულად არ ახასიათებს ელექტრომაგნიტურ ველს. თუ მუხტი იწყებს მოძრაობას, მაშინ ჩნდება დამატებითი ძალა, რომლის სიდიდე და მიმართულება არანაირად არ არის დაკავშირებული ვექტორის სიდიდესა და მიმართულებასთან. დამატებით ძალას, რომელიც წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტურ ველში მუხტის გადაადგილებისას, მაგნიტური ძალა ეწოდება. . გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ მაგნიტური ძალა დამოკიდებულია მუხტზე და სიჩქარის ვექტორის სიდიდესა და მიმართულებაზე. თუ სატესტო მუხტს ველის რომელიმე ფიქსირებულ წერტილში ერთი და იგივე სიჩქარით, მაგრამ სხვადასხვა მიმართულებით გადავიტანთ, მაშინ მაგნიტური ძალა ყოველ ჯერზე განსხვავებული იქნება. თუმცა, ყოველთვის
. ექსპერიმენტული ფაქტების შემდგომმა ანალიზმა შესაძლებელი გახადა დაედგინა, რომ ელექტრომაგნიტური ველის თითოეული წერტილისთვის არის ერთი მიმართულება MN (ნახ. 2), რომელსაც აქვს შემდეგი თვისებები:

ნახ.2

თუ რომელიმე ვექტორს მივმართავთ MN მიმართულებით , რომელსაც აქვს მაგნიტური ძალისა და პროდუქტის პროპორციულობის კოეფიციენტის მნიშვნელობა
, შემდეგ დავალება და ცალსახად ახასიათებს ველის მდგომარეობას, რომელიც იწვევს . ვექტორს ეწოდა ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ვექტორი. მას შემდეგ, რაც და
, მაშინ

.

ელექტრომაგნიტურ ველში ელექტრომაგნიტური ლორენცის ძალა მოქმედებს q სიჩქარით მოძრავ მუხტზე (ნახ. 3):

.
ვექტორები და, ანუ ექვსი რიცხვი
, არის ერთიანი ელექტრომაგნიტური ველის ტოლი კომპონენტები (ელექტრომაგნიტური ველის ტენზორის კომპონენტები). კონკრეტულ შემთხვევაში შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ ყველა
ან ყველა
; მაშინ ელექტრომაგნიტური ველი მცირდება ელექტრულ ან მაგნიტურ ველებამდე.

ექსპერიმენტმა დაადასტურა ელექტრომაგნიტური ველის აგებული ორვექტორიანი მოდელის სისწორე. ამ მოდელში ელექტრომაგნიტური ველის თითოეულ წერტილს მოცემულია ვექტორების წყვილი და. ჩვენ მიერ აგებული მოდელი არის უწყვეტი ველის მოდელი, რადგან ფუნქციები
და
ველი, რომელიც აღწერს კოორდინატების უწყვეტ ფუნქციებს.

უწყვეტი ველის მოდელის გამოყენებით ელექტრომაგნიტური ფენომენების თეორიას კლასიკური ეწოდება.

სინამდვილეში, ველი, ისევე როგორც მატერია, დისკრეტულია. მაგრამ ეს იწყებს გავლენას მხოლოდ ელემენტარული ნაწილაკების ზომებთან შედარებით დისტანციებზე. კვანტურ თეორიაში გათვალისწინებულია ელექტრომაგნიტური ველის დისკრეტულობა.

სუპერპოზიციის პრინციპი.

ველები ჩვეულებრივ გამოსახულია ძალის ხაზების გამოყენებით.

ძალის ხაზიარის ხაზი, რომლის ტანგენსი თითოეულ წერტილში ემთხვევა ველის სიძლიერის ვექტორს.

დ
წერტილოვანი უძრავი მუხტებისთვის, ელექტროსტატიკური ველის ძალის ხაზების ნიმუში ნაჩვენებია ნახ. 6.

წერტილის მუხტით შექმნილი ელექტროსტატიკური ველის ინტენსივობის ვექტორი განისაზღვრება ფორმულით (ნახ. 7 ა და ბ) მაგნიტური ველის ხაზი აგებულია ისე, რომ ძალის ხაზის თითოეულ წერტილში ვექტორი ტანგენციურად იყოს მიმართული ამ წრფეზე. მაგნიტური ველის ძალის ხაზები დახურულია (სურ. 8). ეს ვარაუდობს, რომ მაგნიტური ველი არის მორევის ველი.

ბრინჯი. რვა

და თუ ველი ქმნის არა ერთ, არამედ რამდენიმე პუნქტიან მუხტს? გავლენას ახდენს თუ არა მუხტები ერთმანეთზე, თუ სისტემის თითოეული მუხტი ხელს უწყობს მიღებულ ველს სხვებისგან დამოუკიდებლად? იქნება თუ არა სხვა მუხტის არარსებობის შემთხვევაში i-ე მუხტის მიერ შექმნილი ელექტრომაგნიტური ველი, როგორც სხვა მუხტის არსებობისას i-ე მუხტის მიერ შექმნილი ველი?

სუპერპოზიციის პრინციპი : მუხტების თვითნებური სისტემის ელექტრომაგნიტური ველი არის ველების დამატების შედეგი, რომლებიც შეიქმნებოდა ამ სისტემის თითოეული ელემენტარული მუხტის მიერ სხვების არარსებობის შემთხვევაში:

და
.
ელექტრომაგნიტური ველის კანონები

ელექტრომაგნიტური ველის კანონები ჩამოყალიბებულია მაქსველის განტოლებათა სისტემის სახით.

Პირველი

.

მაქსველის პირველი განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ ელექტროსტატიკური ველი - პოტენციალი (კონვერტაცია ან დივერგირება) და მისი წყარო არის უმოძრაო ელექტრული მუხტები.

მეორემაქსველის განტოლება მაგნიტოსტატიკური ველისთვის:

.

მაქსველის მეორე განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ მაგნიტოსტატიკური ველი არის მორევის არაპოტენციური და არ აქვს წერტილოვანი წყაროები.

მესამემაქსველის განტოლება ელექტროსტატიკური ველისთვის:

.

მაქსველის მესამე განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ ელექტროსტატიკური ველი არ არის მორევი.

ელექტროდინამიკაში (ცვლადი ელექტრომაგნიტური ველისთვის), მაქსველის მესამე განტოლებაა:

,

ე.ი. ელექტრული ველი არა პოტენციალი (არა კულონი), არამედ მორევი და იქმნება მაგნიტური ველის ინდუქციის ვექტორის ცვლადი ნაკადით.

მეოთხემაქსველის განტოლება მაგნიტოსტატიკური ველისთვის

,

მაგნიტოსტატიკის მეოთხე მაქსველის განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ მაგნიტური ველი არის მორევი და იქმნება პირდაპირი ელექტრული დენებისაგან ან მოძრავი მუხტით. მაგნიტური ველის ხაზების გადახვევის მიმართულება განისაზღვრება მარჯვენა ხრახნიანი წესით (სურ. 9).

რ
ნახ.9

ელექტროდინამიკაში მაქსველის მეოთხე განტოლებაა:

.

ამ განტოლებაში პირველი ტერმინი არის გამტარობის დენი, რომელიც დაკავშირებულია მუხტების მოძრაობასთან და მაგნიტური ველის შექმნასთან.

ამ განტოლებაში მეორე ტერმინი არის "გადაადგილების დენი ვაკუუმში", ანუ ელექტრული ველის სიძლიერის ვექტორის ცვლადი ნაკადი.

მაქსველის თეორიის ძირითადი დებულებები და დასკვნები შემდეგია.

ელექტრული ველის დროის ცვლილება იწვევს მაგნიტური ველის გამოჩენას და პირიქით. აქედან გამომდინარე, არსებობს ელექტრომაგნიტური ტალღები.

ელექტრომაგნიტური ენერგიის გადაცემა ხდება სასრული სიჩქარით . ელექტრომაგნიტური ტალღების გადაცემის სიჩქარე სინათლის სიჩქარის ტოლია
. აქედან მოჰყვა ელექტრომაგნიტური და ოპტიკური ფენომენების ფუნდამენტური იდენტურობა.

B E D E N I E

ფიზიკა არის ბუნების მეცნიერება, რომელიც სწავლობს მატერიალური სამყაროს ყველაზე ზოგად თვისებებს, მატერიის მოძრაობის ყველაზე ზოგად ფორმებს, რომლებიც საფუძვლად უდევს ყველა ბუნებრივ მოვლენას. ფიზიკა ადგენს კანონებს, რომლებიც მართავენ ამ ფენომენებს.

ფიზიკა ასევე სწავლობს მატერიალური სხეულების თვისებებსა და აგებულებას და მიუთითებს ტექნოლოგიაში ფიზიკური კანონების პრაქტიკული გამოყენების გზებზე.

მატერიის ფორმების მრავალფეროვნებისა და მისი მოძრაობის მიხედვით, ფიზიკა იყოფა რამდენიმე განყოფილებად: მექანიკა, თერმოდინამიკა, ელექტროდინამიკა, რხევებისა და ტალღების ფიზიკა, ოპტიკა, ატომის ფიზიკა, ბირთვი და ელემენტარული ნაწილაკები.

ფიზიკისა და სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების კვეთაზე გაჩნდა ახალი მეცნიერებები: ასტროფიზიკა, ბიოფიზიკა, გეოფიზიკა, ფიზიკური ქიმია და ა.შ.

ფიზიკა არის ტექნოლოგიის თეორიული საფუძველი. ფიზიკის განვითარება დაედო საფუძველს ტექნოლოგიის ისეთი ახალი დარგების შესაქმნელად, როგორიცაა კოსმოსური ტექნოლოგია, ბირთვული ტექნოლოგია, კვანტური ელექტრონიკა და ა.შ. თავის მხრივ, ტექნიკური მეცნიერებების განვითარება ხელს უწყობს ფიზიკური კვლევის სრულიად ახალი მეთოდების შექმნას, რომლებიც განსაზღვრავენ. ფიზიკისა და მასთან დაკავშირებული მეცნიერებების პროგრესი.

კლასიკური მექანიკის ფიზიკური საფუძვლები

მე. მექანიკა. ზოგადი ცნებები

მექანიკა არის ფიზიკის დარგი, რომელიც განიხილავს მატერიის მოძრაობის უმარტივეს ფორმას - მექანიკურ მოძრაობას.

მექანიკური მოძრაობა გაგებულია, როგორც შესწავლილი სხეულის პოზიციის ცვლილება სივრცეში დროთა განმავლობაში გარკვეულ მიზანთან ან სხეულთა სისტემასთან მიმართებაში, რომლებიც პირობითად ითვლება უმოძრაოდ. სხეულთა ისეთ სისტემას, საათთან ერთად, რომლისთვისაც შესაძლებელია ნებისმიერი პერიოდული პროცესის არჩევა, ე.წ საცნობარო სისტემა(ᲘᲡᲔ.). ᲘᲡᲔ. ხშირად ირჩევენ მოხერხებულობის გამო.

მოძრაობის მათემატიკური აღწერისთვის ს.ო. ისინი აკავშირებენ კოორდინატთა სისტემას, ხშირად მართკუთხას.

უმარტივესი სხეული მექანიკაში არის მატერიალური წერტილი. ეს არის სხეული, რომლის ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ მოცემული ამოცანის პირობებში.

ნებისმიერი სხეული, რომლის ზომების უგულებელყოფა შეუძლებელია, განიხილება როგორც მატერიალური წერტილების სისტემა.

მექანიკა იყოფა კინემატიკა, რომელიც ეხება მოძრაობის გეომეტრიულ აღწერას მისი მიზეზების შესწავლის გარეშე, დინამიკა,რომელიც სწავლობს სხეულების მოძრაობის კანონებს ძალების მოქმედებით და სტატიკას, რომელიც სწავლობს სხეულთა წონასწორობის პირობებს.

2. წერტილის კინემატიკა

კინემატიკა სწავლობს სხეულების სივრცე-დროის მოძრაობას. ის მოქმედებს ისეთი ცნებებით, როგორიცაა გადაადგილება, გზა , დრო t , მოძრაობის სიჩქარე , აჩქარება.

ხაზს, რომელსაც მატერიალური წერტილი აღწერს მისი მოძრაობის დროს, ტრაექტორია ეწოდება. მოძრაობის ტრაექტორიის ფორმის მიხედვით ისინი იყოფა სწორხაზოვან და მრუდედ. ვექტორი , საწყისი I და ბოლო 2 წერტილის შეერთებას გადაადგილება ეწოდება (ნახ. I.I).

t დროის თითოეული მომენტი შეესაბამება საკუთარ რადიუსის ვექტორს
:

თ როგორ შეიძლება წერტილის მოძრაობა აღწერილი იყოს ვექტორული ფუნქციით.

რომელსაც ჩვენ განვსაზღვრავთ ვექტორიმოძრაობის განსაზღვრის გზა, ან სამი სკალარული ფუნქცია

x= x(ტ); წ= წ(ტ); ზ= ზ(ტ) , (1.2)

რომლებსაც კინემატიკური განტოლებები ეწოდება. ისინი განსაზღვრავენ მოძრაობის ამოცანას კოორდინაციაგზა.

წერტილის მოძრაობა ასევე დადგინდება, თუ დროის ყოველი მომენტისთვის დაყენებულია წერტილის პოზიცია ტრაექტორიაზე, ე.ი. დამოკიდებულება

ის განსაზღვრავს მოძრაობის ამოცანას ბუნებრივიგზა.

თითოეული ეს ფორმულა არის კანონიწერტილის მოძრაობა.

3. სიჩქარე

თუ t 1 დროის მომენტი შეესაბამება რადიუსის ვექტორს , ა
, შემდეგ ინტერვალისთვის
სხეული გადავა
. Ამ შემთხვევაში საშუალო სიჩქარე
რადგან  არ უწოდებენ მნიშვნელობას

, (1.4)

რომელიც ტრაექტორიასთან მიმართებაში არის I და 2 წერტილებზე გამავალი სეკანტი. სიჩქარე t დროს ვექტორს უწოდებენ

, (1.5)

ამ განმარტებიდან გამომდინარეობს, რომ სიჩქარე ტრაექტორიის თითოეულ წერტილში მიმართულია მასზე ტანგენციალურად. (1.5)-დან გამომდინარეობს, რომ პროგნოზები და სიჩქარის ვექტორის მოდული განისაზღვრება გამონათქვამებით:

თუ მოცემულია მოძრაობის კანონი (1.3), მაშინ სიჩქარის ვექტორის მოდული განისაზღვრება შემდეგნაირად:

, (1.7)

ამრიგად, მოძრაობის კანონის ცოდნა (I.I), (1.2), (1.3), შეიძლება გამოვთვალოთ სიჩქარის დოქტორის ვექტორი და მოდული და, პირიქით, სიჩქარის ცოდნა ფორმულებიდან (1.6), (1.7), ერთი. შეუძლია კოორდინატების და ბილიკის გამოთვლა.

4. აჩქარება

თვითნებური მოძრაობით, სიჩქარის ვექტორი მუდმივად იცვლება. სიჩქარის ვექტორის ცვლილების სიჩქარის დამახასიათებელ მნიშვნელობას აჩქარება ეწოდება.

თუ შიგნით. წერტილი დრო t 1 ქულა სიჩქარე და t 2-ზე - , მაშინ სიჩქარის მატება იქნება (სურ.1.2). საშუალო აჩქარება n
Ამავე დროს

მაგრამ მყისიერი

, (1.9)

პროექციისა და აჩქარების მოდულისთვის გვაქვს: , (1.10)

თუ მოძრაობის ბუნებრივი გზაა მოცემული, მაშინ აჩქარება შეიძლება განისაზღვროს ამ გზით. სიჩქარე განსხვავდება სიდიდისა და მიმართულებით, ინკრემენტული სიჩქარით დაიშალა ორ რაოდენობად;
- მიმართული გასწვრივ (სიჩქარის მატება სიდიდით) და
- მიმართულია პერპენდიკულარულად (ნამატ. სიჩქარე მიმართულებით), ე.ი. = + (ნახ.I.3). (1.9)-დან ვიღებთ:

(1.11);
(1.12)

ტანგენციალური (ტანგენციალური) აჩქარება ახასიათებს სიდიდის ცვლილების სიჩქარეს (1.13)

ნორმალური (ცენტრული აჩქარება) ახასიათებს მიმართულების ცვლილების სიჩქარეს. Გამოთვლა ა ნ განიხილოს

OMN და MPQ ტრაექტორიის გასწვრივ წერტილის მცირე მოძრაობის პირობებში. ამ სამკუთხედების მსგავსებიდან ვპოულობთ PQ:MP=MN:OM:

მთლიანი აჩქარება ამ შემთხვევაში განისაზღვრება შემდეგნაირად:

, (1.15)

5. მაგალითები

I. ტოლ-ცვლადი სწორხაზოვანი მოძრაობა. ეს არის მოძრაობა მუდმივი აჩქარებით
) . (1.8)-დან ვხვდებით

ან
, სად ვ 0 - სიჩქარე დროში ტ 0 . ვარაუდით ტ 0 =0, ჩვენ ვპოულობთ
, და გავლილი მანძილი სფორმულიდან (I.7):

სადაც ს 0 არის მუდმივი, რომელიც განისაზღვრება საწყისი პირობებიდან.

2. ერთგვაროვანი მოძრაობა წრეში. ამ შემთხვევაში სიჩქარე იცვლება მხოლოდ მიმართულებით, ანუ
- ცენტრიდანული აჩქარება.

I. ძირითადი ცნებები

სხეულების მოძრაობა სივრცეში არის მათი ერთმანეთთან მექანიკური ურთიერთქმედების შედეგი, რის შედეგადაც ხდება სხეულების მოძრაობის ცვლილება ან მათი დეფორმაცია. როგორც დინამიკაში მექანიკური ურთიერთქმედების მარა, შემოტანილია რაოდენობა - ძალა . მოცემული სხეულისთვის ძალა გარეგანი ფაქტორია და მოძრაობის ბუნება ასევე დამოკიდებულია თავად სხეულის თვისებაზე - მასზე განხორციელებულ გარეგნულ ზემოქმედებასთან შესაბამისობაზე ან სხეულის ინერციის ხარისხზე. სხეულის ინერციის საზომია მისი მასა. ტორგანიზმში არსებული ნივთიერების ოდენობიდან გამომდინარე.

ამრიგად, მექანიკის ძირითადი ცნებებია: მოძრავი მატერია, სივრცე და დრო, როგორც მოძრავი მატერიის არსებობის ფორმები, მასა, როგორც სხეულთა ინერციის საზომი, ძალა, როგორც სხეულებს შორის მექანიკური ურთიერთქმედების საზომი.ამ ცნებებს შორის მიმართება განისაზღვრება კანონები! მოძრაობები, რომლებიც ჩამოაყალიბა ნიუტონმა, როგორც ექსპერიმენტული ფაქტების განზოგადება და დახვეწა.

2. მექანიკის კანონები

1 კანონი. ნებისმიერი სხეული ინარჩუნებს მოსვენების მდგომარეობას ან ერთგვაროვან სწორხაზოვან მოძრაობას, ხოლო გარეგანი ზემოქმედება არ ცვლის ამ მდგომარეობას. პირველი კანონი შეიცავს ინერციის კანონს, ასევე ძალის განმარტებას, როგორც სხეულის ინერციულ მდგომარეობას არღვევს. მათემატიკურად რომ გამოვხატო, ნიუტონმა შემოიტანა სხეულის იმპულსის ან იმპულსის ცნება:

(2.1)

მაშინ თუ

მე-2 კანონი. იმპულსის ცვლილება გამოყენებული ძალის პროპორციულია და ხდება ამ ძალის მიმართულებით. საზომი ერთეულების შერჩევა მდა ისე, რომ პროპორციულობის კოეფიციენტი უდრის ერთიანობას, ვიღებთ

ან
(2.2)

თუ გადაადგილებისას მ= კონსტ , მაშინ

ან
(2.3)

ამ შემთხვევაში მე-2 კანონი ასე ჩამოყალიბებულია: ძალა ტოლია სხეულის მასისა და მისი აჩქარების ნამრავლის. ეს კანონი არის დინამიკის ძირითადი კანონი და გვაძლევს საშუალებას ვიპოვოთ სხეულების მოძრაობის კანონი მოცემული ძალებიდან და საწყისი პირობებიდან. მე-3 კანონი. ძალები, რომლებითაც ორი სხეული მოქმედებს ერთმანეთზე, თანაბარია და მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით, ე.ი.
, (2.4)

ნიუტონის კანონები იძენს კონკრეტულ მნიშვნელობას სხეულზე მოქმედი კონკრეტული ძალების მითითების შემდეგ. მაგალითად, ხშირად მექანიკაში სხეულების მოძრაობა გამოწვეულია ასეთი ძალების მოქმედებით: გრავიტაციული ძალა
, სადაც r არის მანძილი სხეულებს შორის, არის გრავიტაციული მუდმივი; გრავიტაცია - მიზიდულობის ძალა დედამიწის ზედაპირთან ახლოს, პ= მგ; ხახუნის ძალა
, სად კ საფუძველი კლასიკური მექანიკანიუტონის კანონებია. კინემატიკის კვლევები...

საფუძვლებიკვანტური მექანიკადა მისი მნიშვნელობა ქიმიისთვის

რეზიუმე >> ქიმია

სწორედ ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებთან არის არსებობა და ფიზიკურიატომურ-მოლეკულური სისტემების თვისებები, - სუსტი ... - ის საწყისი მონაკვეთები კლასიკურითეორია ( მექანიკადა თერმოდინამიკა), on საფუძველირომლის ინტერპრეტაციასაც ცდილობდნენ...

ცნებების გამოყენება კლასიკური მექანიკადა თერმოდინამიკა

სატესტო სამუშაო >> ფიზიკა

ფუნდამენტური ფიზიკურითეორია, რომელსაც მაღალი სტატუსი აქვს თანამედროვე ფიზიკაში, არის კლასიკური მექანიკა, საფუძვლები.... Კანონები კლასიკური მექანიკადა მათემატიკური ანალიზის მეთოდებმა აჩვენა მათი ეფექტურობა. ფიზიკურიექსპერიმენტი...

კვანტურის ძირითადი იდეები მექანიკა

რეზიუმე >> ფიზიკა

წევს საფუძველიმიკროსისტემების კვანტური მექანიკური აღწერა, ჰამილტონის განტოლებების მსგავსი კლასიკური მექანიკა. კვანტურის იდეაში მექანიკაიშლება შემდეგზე: ყველა ფიზიკურირაოდენობები კლასიკური მექანიკაკვანტურში მექანიკაემთხვევა "მათი" ...

კლასიკური მექანიკის გაჩენა იყო ფიზიკის მკაცრ მეცნიერებად გადაქცევის დასაწყისი, ანუ ცოდნის სისტემა, რომელიც ადასტურებს როგორც მისი საწყისი პრინციპების, ისე მისი საბოლოო დასკვნების ჭეშმარიტებას, ობიექტურობას, მართებულობას 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 სივრცით-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 შეუძლებელია, შიგნით ყოფნისას დადგინდეს, მოძრაობს ის სწორი ხაზით და ერთნაირად, თუ მოსვენებულ მდგომარეობაშია;

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

მექანიკა ისააკ ნიუტონის ნაშრომებში მიიღო ძირითადი ცნებების, პრინციპებისა და კანონების ლოგიკურ-მათემატიკური ორგანიზებული სისტემის ჰოლისტიკური ხედვა. უპირველეს ყოვლისა, ნაშრომში „ბუნებრივი ფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები“ ამ ნაშრომში ნიუტონი შემოაქვს ცნებებს: წონაან ნივთიერების რაოდენობა, ინერციაან სხეულის თვისება, გაუძლოს 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. ჯულის, 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 შეუქცევადად მიმდინარეობს. პრინციპს, რომელიც ამტკიცებს ენტროპიის მაქსიმალურ ტენდენციას, ეწოდება თერმოდინამიკის მეორე კანონი. პირველი კანონი არის ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი.

ენტროპიის გაზრდის პრინციპი ფიზიკურ აზროვნებას უქმნის 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 წონასწორობისას მაქსიმალურია მოლეკულური მოძრაობის ქაოსიც, რომელშიც ქრება ნებისმიერი რიგი. ჩნდება კითხვა: შეიძლება თუ არა, და თუ ასეა, როგორ, ქაოსიდან შეიძლება კვლავ გაჩნდეს წესრიგი? ამაზე პასუხის გაცემას ფიზიკა მხოლოდ ას წელიწადში შეძლებს, სიმეტრიის პრინციპისა და სინერგიის პრინციპის დანერგვით.

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.

ამრიგად, კლასიკური ფიზიკის ფარგლებში წარმოიშვა სამყაროს საკმაოდ ჰარმონიული და სრული სურათი, რომელიც აღწერდა და ხსნიდა მოძრაობას, გრავიტაციას, სითბოს, ელექტროენერგიას და მაგნიტიზმი და სინათლე. 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 თეორიამ, როგორც აბსოლუტური კოორდინატთა სისტემის, 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 პრინციპი, მისი გარდაქმნები 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 მართკუთხა და ერთგვაროვნად ერთმანეთთან შედარებით, ბუნების ყველა კანონი მკაცრად ერთნაირია და არ არსებობს აბსოლუტური სწორხაზოვანი 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 შეუცვლელობის 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. სკ-ით სინათლის შუქი.

ამგვარად, ნიუტონის აბსოლუტური დრო, სივრცე, მოძრაობა, რომლებიც, თითქოსდა, დამოუკიდებელნი იყვნენ მოძრავი სხეულებისა და მათი მდგომარეობისაგან, 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", რომელშიც ის ამტკიცებდა, რომ ამიერიდან თავად სივრცე და დრო უნდა დაიყვანოს 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 გრავიტაციის კანონი. Იმის მაგივრად გრავიტაციული ძალამან დაიწყო ოპერაცია გრავიტაციული ველი. გრავიტაციული ველები ჩართული იყო სივრცე-დროის კონტინუუმში, 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 ვარსკვლავის 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, ლორდ კელვინის (ტომსონის) თანახმად, მე-19-მე-20 საუკუნეების მიჯნაზე ფიზიკის შენობის დასასრულებლად დაკარგული ელემენტი 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 დაიწყეს საუბარი ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობაზე, მით უმეტეს, რომ 1923 წელს აღმოაჩინეს ფოტონების არსებობის დამადასტურებელი კიდევ ერთი ფენომენი - კომპტონის ეფექტი.

1924 წელს ლუი დე ბროგლიმ გაავრცელა სინათლის ორმაგი კორპუსკულური ტალღოვანი ბუნების იდეა მატერიის ყველა ნაწილაკზე, შემოიღო იდეა. მატერიის ტალღები. აქედან გამომდინარე, ასევე 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 გაანალიზებით, დანიელმა ფიზიკოსმა ნილს ბორმა აჩვენა, რომ ექსპერიმენტის პარამეტრიდან გამომდინარე, მიკრონაწილაკი ავლენს თავის კორპუსკულარულ 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 აღწერისთვის: 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, ისე აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის კანონების 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 ტრანსფორმაციის პირობებში და გარდაქმნების მთელ კომპლექსში 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 მიმართებაში ან ცვლის მანძილის დაკალიბრებისას. 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 სიმეტრიებით, 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 „პროექტით“ არსება, რომელიც კითხულობს, რატომ არის სამყარო ასეთი. Ეს არის ანთროპული პრინციპი, რომელიც ჩამოაყალიბა ფიზიკაში 1962 წელს დ.დიკის მიერ.

ფარდობითობის, განუსაზღვრელობის, კომპლემენტარობის, სიმეტრიის, სინერგიის პრინციპები, ანთროპული პრინციპი, ისევე როგორც ალბათური მიზეზობრივი დამოკიდებულებების ღრმა ფუძემდებლობის 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.

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; მოძრაობის ოდენობა იმპულსის ექვივალენტური და სხვადასხვა სახის ძალის. 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 უნივერსალური გრავიტაციის თეორიას, 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.

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.

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 განსაზღვრის 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.

უნივერსალური მიზიდულობის კანონი.

უნივერსალური მიზიდულობის კანონი აღმოაჩინა ი.ნიუტონმა 1682 წელს. მისი ჰიპოთეზის თანახმად, მიზიდულობის ძალები მოქმედებენ სამყაროს ყველა სხეულს შორის, რომლებიც მიმართულია მასის ცენტრების დამაკავშირებელი ხაზის გასწვრივ. ჰომოგენური ბურთის ფორმის სხეულისთვის, მასის ცენტრი ემთხვევა ბურთის ცენტრს.

მომდევნო წლებში ნიუტონი ცდილობდა ეპოვა მე-17 საუკუნის დასაწყისში ი.კეპლერის მიერ აღმოჩენილი პლანეტების მოძრაობის კანონების ფიზიკური ახსნა და გრავიტაციული ძალების რაოდენობრივი გამოხატულება. ასე რომ, იცოდა როგორ მოძრაობენ პლანეტები, ნიუტონს სურდა დაედგინა რა ძალები მოქმედებენ მათზე. ამ გზას მექანიკის შებრუნებული პრობლემა ეწოდება.

თუ მექანიკის მთავარი ამოცანაა ცნობილი მასის სხეულის კოორდინატების და მისი სიჩქარის განსაზღვრა დროის ნებისმიერ მომენტში სხეულზე მოქმედი ცნობილი ძალებიდან, მაშინ საპირისპირო პრობლემის გადაჭრისას აუცილებელია განისაზღვროს მოქმედი ძალები. სხეული თუ ცნობილია როგორ მოძრაობს.

ამ პრობლემის გადაწყვეტამ მიიყვანა ნიუტონი უნივერსალური მიზიდულობის კანონის აღმოჩენამდე: „ყველა სხეული იზიდავს ერთმანეთს მასის პირდაპირპროპორციული ძალით და მათ შორის მანძილის კვადრატის უკუპროპორციული ძალით“.

ამ კანონთან დაკავშირებით რამდენიმე მნიშვნელოვანი შენიშვნაა გასაკეთებელი.

1, მისი მოქმედება აშკარად ვრცელდება სამყაროს ყველა ფიზიკურ მატერიალურ სხეულზე გამონაკლისის გარეშე.

2 დედამიწის მიზიდულობის ძალა მის ზედაპირზე თანაბრად მოქმედებს ყველა მატერიალურ სხეულზე, რომელიც მდებარეობს მსოფლიოს ნებისმიერ წერტილში. ახლა ჩვენზე მოქმედებს გრავიტაციის ძალა და ჩვენ მას ნამდვილად ვგრძნობთ, როგორც საკუთარ წონას. თუ რამეს ჩამოვუშვებთ, ის იმავე ძალის გავლენით, ერთგვაროვანი აჩქარებით მოერევა მიწაზე.

მრავალი ფენომენი აიხსნება ბუნებაში უნივერსალური მიზიდულობის ძალების მოქმედებით: პლანეტების მოძრაობა მზის სისტემაში, დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრები - ყველა მათგანი ახსნილია უნივერსალური მიზიდულობის კანონისა და დინამიკის კანონების საფუძველზე. .

ნიუტონმა პირველმა გამოთქვა ვარაუდი, რომ გრავიტაციული ძალები განსაზღვრავენ არა მხოლოდ მზის სისტემის პლანეტების მოძრაობას; ისინი მოქმედებენ სამყაროს ნებისმიერ სხეულს შორის. უნივერსალური მიზიდულობის ძალის ერთ-ერთი გამოვლინებაა მიზიდულობის ძალა - ასე ჩვეულებრივ უწოდებენ სხეულების მიზიდულობის ძალას დედამიწაზე მის ზედაპირთან ახლოს.

მიზიდულობის ძალა მიმართულია დედამიწის ცენტრისკენ. სხვა ძალების არარსებობის შემთხვევაში, სხეული თავისუფლად ეცემა დედამიწაზე თავისუფალი დაცემის აჩქარებით.

მექანიკის სამი პრინციპი.

ნიუტონის მექანიკის კანონები, სამი კანონი საფუძვლად ე.წ. კლასიკური მექანიკა. ჩამოაყალიბა ი.ნიუტონმა (1687 წ.).

პირველი კანონი: „ყოველი სხეული აგრძელებს მოსვენების მდგომარეობაში ან ერთგვაროვან და სწორხაზოვან მოძრაობას, მანამ, სანამ და რამდენადაც იგი იძულებული გახდება შეცვალოს ეს მდგომარეობა.

მეორე კანონი: „იმპულსის ცვლილება გამოყენებული მამოძრავებელი ძალის პროპორციულია და ხდება იმ სწორი ხაზის მიმართულებით, რომლის გასწვრივაც ეს ძალა მოქმედებს“.

მესამე კანონი: „მოქმედებაზე ყოველთვის არის თანაბარი და საპირისპირო რეაქცია, წინააღმდეგ შემთხვევაში, ორი სხეულის ურთიერთქმედება ერთმანეთის წინააღმდეგ თანაბარია და მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით“. ნ. მ.გაჩნდა გ.გალილეოს, ჰ.ჰუგენსის, თავად ნიუტონის და სხვათა მრავალი დაკვირვების, ექსპერიმენტისა და თეორიული კვლევების განზოგადების შედეგად.

თანამედროვე იდეებისა და ტერმინოლოგიის თანახმად, პირველ და მეორე კანონებში სხეული უნდა გავიგოთ, როგორც მატერიალური წერტილი, ხოლო მოძრაობისას - მოძრაობა ინერციულ მიმართულებასთან მიმართებაში. კლასიკურ მექანიკაში მეორე კანონის მათემატიკურ გამოხატულებას აქვს ფორმა ან mw = F, სადაც m არის წერტილის მასა, u არის მისი სიჩქარე, a w არის აჩქარება, F არის მოქმედი ძალა.

ნ. m წყვეტს ძალას ძალიან მცირე ზომის ობიექტების გადაადგილებისთვის (ელემენტარული ნაწილაკები) და სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით გადაადგილებისთვის.

©2015-2019 საიტი
ყველა უფლება ეკუთვნის მათ ავტორებს. ეს საიტი არ აცხადებს ავტორობას, მაგრამ უზრუნველყოფს უფასო გამოყენებას.
გვერდის შექმნის თარიღი: 2017-04-04