Acasă > Prelegere

Newton este fondatorul mecanicii clasice. Și deși astăzi, din punctul de vedere al științei moderne, imaginea mecanicistă a lumii a lui Newton pare brută și limitată, aceasta a fost cea care a dat impuls dezvoltării științelor teoretice și aplicate în următorii aproape 200 de ani. Îi datorăm lui Newton concepte precum spațiu absolut, timp, masă, forță, viteză, accelerație; a descoperit legile mișcării corpurilor fizice, punând bazele dezvoltării științei fizicii. (Totuși, nimic din toate acestea nu s-ar fi putut întâmpla dacă Galileo, Copernic și alții nu ar fi fost înaintea lui. Nu e de mirare că el însuși a spus: „Am stat pe umerii giganților.”) Să ne oprim asupra principalei realizări a cercetării științifice a lui Newton - o imagine mecanicistă a lumii. Acesta conține următoarele prevederi:

Afirmația că întreaga lume, Universul nu este altceva decât o colecție a unui număr imens de particule indivizibile și neschimbate care se mișcă în spațiu și timp, interconectate de forțele gravitaționale transmise de la corp la corp prin vid. Rezultă că toate evenimentele sunt rigid predeterminate și supuse legilor mecanicii clasice, ceea ce face posibilă predeterminarea și prezicerea cursului evenimentelor. Unitatea elementară a lumii este un atom, iar toate corpurile constau din corpusculi absolut solizi, indivizibili, neschimbabili - atomi. Când a descris procesele mecanice, el a folosit conceptele de „corp” și „corpuscul”. Mișcarea atomilor și a corpurilor a fost prezentată ca o simplă mișcare a corpurilor în spațiu și timp. Proprietățile spațiului și timpului, la rândul lor, au fost prezentate ca neschimbate și independente de corpurile înseși. Natura a fost prezentată ca un mecanism mare (mașină), în care fiecare parte își avea propriul scop și se supune cu strictețe anumitor legi. Esența acestei imagini a lumii este sinteza cunoștințelor științelor naturale și a legilor mecanicii, care au redus (redus) întreaga varietate de fenomene și procese la cele mecanice.

Este posibil să observăm avantajele și dezavantajele unei astfel de imagini ale lumii. Plusurile includ faptul că a făcut posibilă explicarea multor fenomene și procese care au loc în natură, fără a recurge la mituri și religie, ci din natura însăși. Cât despre dezavantaje, sunt multe. De exemplu, materia în interpretarea mecanicistă a lui Newton era prezentată ca o substanță inertă sortită repetiției eterne a lucrurilor; timpul este o durată goală, spațiul este un simplu „recipient” al materiei, neexistând independent nici de timp, nici de materie. Subiectul cunoaștere a fost eliminat din imaginea lumii în sine - a priori sa presupus că o astfel de imagine a lumii există întotdeauna, de la sine, și nu depinde de mijloacele și metodele subiectului de cunoaștere. Tabloul mecanicist al lumii, metodele de explicare științifică a naturii, dezvoltate de Newton, au dat un impuls puternic dezvoltării altor științe, apariția unor noi domenii de cunoaștere - chimie, biologie (de exemplu, R. Boyle a putut pentru a arăta modul în care elementele combină și explica alte fenomene chimice pe baza ideilor despre mișcarea „particulelor mici de materie” (corpuscule)). Lamarck, în căutarea unui răspuns la întrebarea despre sursa schimbărilor în organismele vii, bazându-se pe paradigma mecanicistă a lui Newton, a concluzionat că dezvoltarea tuturor viețuitoarelor este supusă principiului „mișcării în creștere a fluidelor”. Până în secolul al XIX-lea, în știința naturii domnea o imagine mecanicistă a lumii, iar cunoașterea se baza pe principii metodologice - mecanism și reducționism. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea științei, a diferitelor sale domenii (biologie, chimie, geologie, fizica însăși), a devenit evident că imaginea mecanicistă a lumii nu este potrivită pentru explicarea multor fenomene. Astfel, în timp ce studiau câmpurile electrice și magnetice, Faraday și Maskwell au descoperit faptul că materia poate fi reprezentată nu numai ca o substanță (în conformitate cu interpretarea sa mecanicistă), ci și ca un câmp electromagnetic. Procesele electromagnetice nu puteau fi reduse la cele mecanice și, prin urmare, concluzia a sugerat în sine: nu legile mecanicii, ci legile electrodinamicii sunt fundamentale în univers. În cele din urmă, descoperirea legii conservării energiei în anii 40 ai secolului al XIX-lea (J. Mayer, D. Joule, E. Lenz) a arătat că fenomene precum căldura, lumina, electricitatea, magnetismul nu sunt, de asemenea, izolate unele de altele. (așa cum este imaginat mai înainte), dar interacționează, trec în anumite condiții unul în altul și nu sunt altceva decât forme diferite de mișcare în natură. Astfel, imaginea mecanicistă a lumii a fost subminată cu ideea sa simplificată a mișcării ca o simplă mișcare a corpurilor în spațiu și timp, izolate unele de altele, a singurei forme posibile de mișcare - mecanică, a spațiului ca „receptacul”. „a materiei și a timpului ca o constantă neschimbătoare, care nu depinde de corpurile înseși. 5. Sfârșitul secolului XIX - începutul secolului XX. marcat de o întreagă cascadă de descoperiri științifice care au completat subminarea conceptului mecanicist al lui Newton. Pentru a numi doar câteva dintre ele: aceasta este descoperirea unei particule elementare - un electron, care face parte din structura unui atom (J. Thompson), apoi - o particulă încărcată pozitiv - un nucleu în interiorul unui atom (E. Rutherford, 1914), pe baza căruia a fost propus un model planetar al atomului: Electronii se învârt în jurul unui nucleu încărcat pozitiv. Rutherford a prezis și existența unei alte particule elementare în interiorul atomului - protonul (care a fost descoperit ulterior). Aceste descoperiri au răsturnat ideile încă existente despre atom ca o particulă elementară, indivizibilă a universului, „cărămida sa”. Următoarea lovitură tangibilă adusă științei naturale clasice a fost dată de teoria relativității a lui A. Einstein (1916), care a arătat că spațiul și timpul nu sunt absolute, ele sunt indisolubil legate de materie (sunt proprietățile ei atributive) și sunt, de asemenea, interconectate prin circulaţie. Einstein însuși a descris foarte clar esența acestei descoperiri în lucrarea sa „Fizica și realitatea”, unde spune că, dacă mai devreme (adică timpul dominației mecanicii clasice newtoniene) se credea că în cazul dispariției întregii materii din Univers, spațiul și timpul ar fi păstrate, apoi teoria relativității a constatat că atât spațiul, cât și timpul vor dispărea odată cu materia. În același timp, semnificația acestor descoperiri constă în faptul că faptul a devenit evident: imaginea lumii obiective este determinată nu numai de proprietățile acestei lumi în sine, ci și de caracteristicile subiectului cunoașterii, Activitatea sa, poziția personală, apartenența la o anumită cultură, depinde de interacțiunea unui subiect de cunoaștere cu instrumentele, din metodele de observație etc. O uriașă realizare a științei secolului al XIX-lea este o descoperire la întrebările despre modul în care viața societatea umană funcționează, fie că se supune unor legi obiective (cum ar fi natura), fie că elementele, subiectivismul, acţionează în ea. Introducerea tehnologiei în producţie, întărirea relaţiilor mărfuri-bani în ţările Europei de Vest au făcut necesară aflarea cauzelor, factori care contribuie la acumularea bogăţiei naţiunii. Așa a luat naștere economia politică clasică (sec. XVIII, Adam Smith), care se bazează pe ideea că sursa bogăției este munca, iar regulatorul relațiilor economice sunt legile pieței. Adam Smith a susținut că baza relațiilor de muncă sunt interesele private, individuale ale indivizilor. „Fiecare individ... are în vedere doar propriul său interes, urmărește doar propriul beneficiu și, în acest caz, este ghidat de o mână invizibilă către un scop care nu făcea parte din intențiile sale. În urmărirea propriilor interese, el servește adesea interesele societății mai eficient decât atunci când caută în mod conștient să le servească. Mai târziu, în anii 40. XIX, filosoful german K. Marx a criticat economia politică clasică și a reușit să dezvăluie mecanismul exploatării capitaliste, creând teoria plusvalorii. Atât conceptul lui A. Smith, cât și învățăturile lui K. Marx pot fi considerate ca primele abordări științifice ale studiului legilor vieții sociale. Cu toate acestea, ar fi o greșeală să prezentam problema în așa fel încât nici filozofii, nici oamenii de știință să nu se gândească la societate și la om înaintea lui Smith și Marx. Este suficient să amintim doctrina lui Platon despre un stat ideal, proiecte asupra unei societăți drepte și prospere de Thomas More („Utopia”), Tomaso Campanella („Orașul Soarelui”). Cu toate acestea, aceste idei erau de natură utopică, erau doar „vise”, nu este nevoie să vorbim despre o abordare științifică în acest caz. Adevărat, în secolul al XIX-lea, socialiștii utopici englezi F. Fourier (1772-1837) și R. Owen (1771-1858), pornind de la ideile materialiștilor francezi ai Iluminismului, au încercat să creeze o „știință socială” ( F. Fourier), dar învățătura lor despre o societate dreaptă nu s-a eliberat de idealism și utopism. De menționat că influența succeselor științelor naturii s-a manifestat și în domeniul științelor umaniste (psihologie, pedagogie, istorie, retorică, jurisprudență): cerințele de aplicare a metodelor științei (observare, descriere, experiment) se aplică și în acest domeniu de cunoaștere. Pentru a rezuma: Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, perioada de formare a cunoștințelor științifice de tip clasic, în arsenalul căreia se aflau realizări semnificative, s-a încheiat. În fizică, aceasta este mecanica clasică a lui Newton, mai târziu termodinamica, teoria electricității și magnetismului; în chimie s-a descoperit sistemul periodic de elemente, s-au pus începuturile chimiei organice; în matematică, dezvoltarea geometriei analitice și a analizei matematice; în biologie - teoria evoluției, teoria structurii celulare a organismelor, descoperirea razelor X etc. Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, exista sentimentul că știința a găsit răspunsuri la aproape toate întrebările despre lume, mai rămânea puțin de dezlegat. Și dintr-o dată - o nouă descoperire - descoperirea structurii atomului, care a presupus o „criză în fizică”, care s-a extins ulterior și în alte ramuri ale cunoașterii. Astăzi, privind de la distanța anilor trecuți, putem spune că sfârșitul secolelor XIX-XX. a marcat trecerea de la știința clasică la non-clasică (sau post-clasică). Diferențele lor pot fi reprezentate după cum urmează:

№	stiinta clasica	știință postclasică
1.	Scoaterea subiectului din obiect.	Recunoașterea subiectivității cunoașterii și a cunoașterii.
2.	Instalare pe raționalitate.	Contabilitatea modurilor neraționale de cunoaștere.
3.	Dominația legilor dinamice.	Contabilizarea rolului și semnificației regularităților probabilistic-statistice.
4.	Obiectul de studiu este macrocosmosul.	Obiectul de studiu este micro-, macro- și mega-lumea.
5.	Metoda principală de cunoaștere este experimentul.	Modelare (inclusiv matematică).
6.	Claritate necondiționată.	Vizibilitate condiționată.
7.	O linie clară între științele naturii și științele umaniste.	Ștergeți această margine.
8.	Disciplina responsabila. Predominanța diferențierii științelor.	Diferențiere și integrare (teoria sistemului, sinergetică, metodă structurală).

Fără a dezvălui în detaliu esența trăsăturilor distinctive desemnate ale științei postclasice (într-un grad sau altul acest lucru s-a făcut în cursul dezvăluirii etapelor de dezvoltare a științei), observăm că schimbările care au avut loc în ea au avut un uriaș impact asupra lumii în ansamblu și asupra atitudinii omului față de ea. Acest lucru se manifestă, în primul rând, prin faptul că în era științifică și tehnologică modernă nu există canoane unificate, standarde general acceptate în percepția lumii, explicarea și înțelegerea ei - această deschidere se exprimă în pluralismul ideilor, conceptelor, valorile. O altă (a doua) trăsătură a situației actuale este ritmul accelerat al evenimentelor, densitatea lor semantică și conflictul. În al treilea rând, s-a dezvoltat o situație paradoxală: pe de o parte, s-a pierdut încrederea în structura rațională a universului, iar pe de altă parte, există tendința de raționalizare, tehnizare a tuturor aspectelor vieții, atât a societății, cât și a indivizilor. Rezultatul acestor procese este o schimbare radicală a stilului de viață, o atitudine preferențială față de tot ceea ce este trecător, schimbător, în contrast cu stabilul, tradițional, conservator. Curs nr. 4 Structura cunoaşterii ştiinţifice

Varietate de tipuri de cunoștințe științifice. Cunoștințele empirice, structura și caracteristicile sale. Structura și caracteristicile specifice ale cunoștințelor teoretice. Fundamentele științei.

1. În fiecare ramură a științei – fizică, biologie, chimie etc., există o varietate de tipuri sau forme de cunoaștere științifică – fapte empirice, ipoteze, modele, legi, teorii etc. Toate diferă unele de altele prin gradul de generalizare, de exemplu, faptele empirice sunt un fel de realitate empirică, reprezentată prin diverse mijloace informaționale - texte, formule, fotografii, casete video și pur și simplu fenomene observate în viața de zi cu zi, în timp ce legea este formularea de afirmații generale despre proprietăți și relații ale domeniului studiat (pe baza faptelor) . Să aruncăm o privire mai atentă la fiecare dintre ele. Sarcina cea mai importantă a cercetării științifice este de a găsi, dezvălui legile unei anumite activități obiective, de a le exprima în concepte, teorii, idei, principii adecvate. În forma sa cea mai generală, o lege poate fi definită ca o legătură între fenomene, procese, care se distinge prin obiectivitate, concretețe, universalitate, necesitate, repetiție și stabilitate. Stabilitatea, invarianța legilor este însă întotdeauna corelată cu condițiile specifice, în cazul unei modificări în care această invarianță este eliminată și se generează una nouă, ceea ce duce la o schimbare a legii, la adâncirea, extinderea sau îngustarea acesteia. a domeniului de aplicare. Legile sunt descoperite inițial sub formă de presupuneri, ipoteze. O ipoteză este o formă de cunoaștere care conține o presupunere formulată pe baza unui număr de fapte, al căror sens adevărat este incert și trebuie dovedit. În metodologia modernă a științei, conceptul de „ipoteză” este folosit în două sensuri:

ca formă problematică și nesigură de cunoaștere; ca metodă de cunoaştere ştiinţifică.

În primul său sens, ipoteza trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

respectarea legilor stabilite în știință; coerența cu materialul real; consistența din punct de vedere al logicii formale (dacă vorbim de contradicția realității obiective în sine, atunci ipoteza trebuie să conțină contradicții); absența unor presupuneri subiective, arbitrare (care nu anulează activitatea subiectului însuși); posibilitatea confirmării sau infirmării sale fie în cursul observației directe, fie indirect – prin derivarea unor consecințe din ipoteză.

Există diferite tipuri de ipoteze: generale, particulare și de lucru. Ipotezele generale sunt fundamentul pentru construirea bazelor cunoașterii științifice; ele sugerează modelele diferitelor tipuri de relații între fenomene. Ipotezele particulare conțin și ipoteze, dar despre proprietățile unor fapte, evenimente, fenomene specifice unice. O ipoteză de lucru este un fel de punct de plecare - o ipoteză prezentată în prima etapă a studiului, care este un fel de ghid pentru căutarea cercetării. De asemenea, trebuie amintit că există așa-numitele adhoc (ipoteze pentru un caz dat) - acestea sunt ipoteze necesare pentru a rezolva o serie de probleme care se pot dovedi ulterior a fi o opțiune eronată. Una dintre cele mai complexe și dezvoltate forme de cunoaștere științifică este teoria, care reprezintă o reflectare holistică a conexiunilor regulate și esențiale ale unei anumite zone a realității. În știință, există anumite criterii pe care o teorie trebuie să le îndeplinească. Pentru a numi doar câteva dintre ele:

Teoria nu trebuie să contrazică datele despre fapte și experiență și să fie verificabilă pe materialul experimental disponibil. Nu ar trebui să contrazică principiile logicii formale și, în același timp, să se distingă prin simplitate logică, „naturalitate”. O teorie este „bună” dacă cuprinde și leagă împreună o gamă largă de subiecte într-un sistem coerent de abstracțiuni.

Karl Popper, filozoful științei, a comparat teoria cu rețelele concepute pentru a capta ceea ce numim lumea reală pentru a o înțelege, explica și stăpâni. În conformitate cu aceasta, o teorie adevărată trebuie să corespundă tuturor (și nu unora) fapte reale și să satisfacă cerințele practicii. Popper a numit o teorie un instrument, al cărui test este efectuat în cursul aplicării sale și a cărui adecvare este judecată de rezultatele unor astfel de aplicații. Teoria are o structură complexă, în care se disting următoarele componente: concepte, ecuații, axiome, legi; obiecte idealizate - modele abstracte; un set de tehnici, metode, reguli, dovezi care vizează clarificarea cunoștințelor; generalizări şi justificări filozofice. Miezul unei teorii (care va fi discutat mai târziu) este un obiect abstract, idealizat, fără de care este imposibil să se construiască o teorie, deoarece conține un program real de cercetare. Există diverse tipuri de teorii: matematice, caracterizate printr-un grad ridicat de abstractizare bazată pe deducție. Momentul dominant al teoriei matematice este aplicarea metodei axiomatice, ipotetico-deductive și a metodei de formalizare. Există teorii ale științelor experimentale (empirice) - fizică, chimie, biologie etc. În știința modernă, se obișnuiește, de asemenea, să se împartă teoriile în fenomenologice și non-fenomenologice. Teoriile fenomenologice descriu procesele, proprietățile și calitățile obiectelor fără a pătrunde în esență, fără a dezvălui mecanismele interne (de exemplu, teorii psihologice, sociologice, pedagogice). Sarcina lor este de a organiza și rezuma faptele folosind terminologia specifică. De regulă, teoriile fenomenologice apar în stadiul inițial de dezvoltare a oricărei științe. Odată cu dezvoltarea cercetării științifice, teoria fenomenologică este înlocuită cu una non-fenomenologică, sau explicativă. Teoriile explicative relevă mecanismul profund, intern al fenomenelor și proceselor studiate, interacțiunea lor, conexiuni și relații stabile esențiale, adică legi, în plus, teoretice, și nu empirice, deoarece sunt formate pe baza unor obiecte idealizate. Este posibil să se acorde o astfel de clasificare a teoriilor ca fiind fiabile și probabilistice în funcție de gradul de predictibilitate a acestora. Cele de încredere includ teorii ale mecanicii clasice, fizicii, chimiei; la probabilistic – teoria științelor sociale și umaniste. De asemenea, ar trebui să subliniem o formă atât de importantă de cunoaștere științifică ca o problemă. Problema este, cel mai probabil, cunoștințele despre ignoranță, despre ceea ce ar trebui rezolvat, la care dintre multele întrebări care apar în timpul studiului unui anumit fenomen, este important să răspundem. Abilitatea de a identifica corect o problemă este adesea mai importantă decât soluția în sine. Ce cauzează de obicei probleme? Ele apar fie atunci când două teorii diferite se ciocnesc, fie în cazul unei contradicții într-o problemă separată, fie sunt rezultatul unei coliziuni între teorie și observație. Formularea și rezolvarea problemelor științifice necesită alegerea anumitor metode de cercetare, care sunt determinate fie de scopul acesteia, fie de natura problemelor care se rezolvă. Mai departe, utilizarea aparatului conceptual, cu ajutorul căruia este posibilă fixarea anumitor fenomene. Tradițiile științifice sunt de mare importanță în formularea și selectarea unei probleme. Varietatea formelor de cunoaștere științifică formează structura acesteia, care exprimă unitatea relațiilor stabile între elementele unui sistem dat. Structura cunoașterii științifice și a cunoașterii apare în diferite secțiuni și, în consecință, într-un set de elemente specifice. Structura cunoașterii științifice poate diferi din punctul de vedere al interacțiunii obiectului și subiectului cunoașterii științifice după un criteriu precum subiectul și metodele de cunoaștere, ceea ce face posibilă evidențierea științelor naturii (știința naturii). ), societate (științe sociale, științe umaniste) și cunoașterea în sine (logică, epistemologie), epistemologie, cognitologie etc.), după criteriul „fundamentelor științei”, unde se evidențiază trei elemente: a) idealurile și normele. ; b) fundamente filosofice; c) tabloul științific al lumii. Structura cunoștințelor științifice poate fi reprezentată și ca o unitate a celor două niveluri principale ale sale - empiric și teoretic. În prelegerea noastră, după cum reiese din punctele indicate ale planului, ne propunem să luăm în considerare aproape toate criteriile după care au fost structurate cunoștințele științifice. Să începem cu acesta din urmă, adică cu relația dintre nivelurile empirice și teoretice ale cunoașterii. 2. Cunoașterea și cunoașterea empirică (experimentală) este o activitate bazată pe contemplarea vie, directă, a unui obiect. Trăsăturile sale caracteristice sunt colecția de fapte, generalizarea lor primară, descrierea observațiilor și experimentelor, sistematizarea și clasificarea lor. Cel mai important element al cercetării empirice este un fapt (din latină factum - făcut, făcut). Conceptul de „fapt” are următoarele semnificații: 1) un fragment de realitate, raportat fie la realitatea obiectivă, fie la sfera conștiinței și a cunoașterii („fapte ale conștiinței”); 2) cunoștințe despre orice fenomen, eveniment, a cărui fiabilitate a fost dovedită; 3) o propoziție care fixează cunoștințe empirice (cunoștințe obținute în cursul observațiilor și experimentelor). Faptele în cunoașterea științifică au o dublă semnificație: 1) formează baza pentru formularea de ipoteze și construirea teoriilor; 2) sunt cruciale în validarea teoriilor. În cazurile în care faptele și teoria diferă, este nevoie de timp pentru a verifica din nou teoria și numai atunci când contradicția dintre ele devine insolubilă, teoria este declarată falsă. Faptele devin un „lucru încăpățânat”, „aer” sau „pâinea omului de știință” numai dacă sunt acceptate, indiferent dacă oamenilor de știință le place sau nu și, de asemenea, dacă acoperă cel mai complet și cuprinzător obiectul de studiu (vorbim despre inadmisibilitate). de „taierea” unor fapte, smulgerea fragmentelor lor separate din decor). Pe de altă parte, nu ar trebui să urmăriți o mulțime de fapte. Scopul principal al cercetătorului în lucrul cu faptele este să colecteze o anumită cantitate din ele, să le dea sens, să construiască un sistem conceptual. Culegerea faptelor se realizează folosind o astfel de metodă de cunoaștere empirică precum observația. Omul de știință nu fixează doar faptele pe care le întâlnește, el se ghidează după un anumit scop, o ipoteză și, prin urmare, observația are un caracter sistematizat, ordonat și intenționat. Omul de știință nu înregistrează pur și simplu orice fapte, ci le realizează selecția, selecția, lăsând pe acelea dintre ele care au legătură cu scopul stabilit de el.

Mecanica este o ramură a fizicii care studiază cea mai simplă formă de mișcare a materiei - mișcare mecanică, care constă în schimbarea în timp a poziției corpurilor sau a părților acestora. Faptul că fenomenele mecanice apar în spațiu și timp se reflectă în orice lege a mecanicii care conține explicit sau implicit relații spațiu-timp - distanțe și intervale de timp.

Mecanica se stabilește de la sine două sarcini principale:

studiul diverselor mişcări şi generalizarea rezultatelor obţinute sub formă de legi cu ajutorul cărora se poate prezice natura mişcării în fiecare caz concret. Rezolvarea acestei probleme a condus la stabilirea de către I. Newton și A. Einstein a așa-numitelor legi dinamice;

căutarea proprietăților comune inerente oricărui sistem mecanic în procesul de mișcare a acestuia. Ca rezultat al rezolvării acestei probleme, au fost descoperite legile conservării unor cantități fundamentale precum energia, momentul și momentul unghiular.

Legile dinamice și legile conservării energiei, impulsului și momentului unghiular sunt legile de bază ale mecanicii și constituie conținutul acestui capitol.

§unu. Mișcarea mecanică: concepte de bază

Mecanica clasică este formată din trei secțiuni principale - statica, cinematica si dinamica. În statică sunt luate în considerare legile adunării forțelor și condițiile de echilibru al corpurilor. În cinematică, se oferă o descriere matematică a tuturor tipurilor de mișcare mecanică, indiferent de motivele care o cauzează. În dinamică se studiază influența interacțiunii dintre corpuri asupra mișcării lor mecanice.

În practică, totul problemele fizice sunt rezolvate aproximativ: mișcare reală complexă considerată ca un ansamblu de mișcări simple, un obiect real înlocuit cu un model idealizat acest obiect etc. De exemplu, când luăm în considerare mișcarea Pământului în jurul Soarelui, se poate neglija dimensiunea Pământului. În acest caz, descrierea mișcării este mult simplificată - poziția Pământului în spațiu poate fi determinată de un punct. Dintre modelele de mecanică, cele determinante sunt punct material și corp absolut rigid.

Punct material (sau particule) este un corp a cărui formă și dimensiuni pot fi neglijate în condițiile acestei probleme. Orice corp poate fi împărțit mental într-un număr foarte mare de părți, arbitrar de mici în comparație cu dimensiunea întregului corp. Fiecare dintre aceste părți poate fi considerată ca un punct material, iar corpul însuși - ca un sistem de puncte materiale.

Dacă deformațiile corpului în timpul interacțiunii sale cu alte corpuri sunt neglijabile, atunci este descris de model corp absolut rigid.

corp absolut rigid (sau corp rigid) este un corp, a cărui distanță dintre oricare două puncte nu se modifică în procesul de mișcare. Cu alte cuvinte, acesta este un corp, a cărui formă și dimensiuni nu se schimbă în timpul mișcării sale. Un corp absolut rigid poate fi considerat ca un sistem de puncte materiale interconectate rigid.

Poziția unui corp în spațiu poate fi determinată doar în raport cu alte corpuri. De exemplu, are sens să vorbim despre poziția unei planete în raport cu Soarele, o aeronavă sau o navă în raport cu Pământul, dar nu se poate indica poziția lor în spațiu fără a ține cont de vreun corp anume. Un corp absolut rigid, care servește la determinarea poziției unui obiect care ne interesează, se numește corp de referință. Pentru a descrie mișcarea unui obiect, un corp de referință este asociat cu orice sistem de coordonate, de exemplu, un sistem de coordonate carteziene dreptunghiulare. Coordonatele unui obiect vă permit să setați poziția acestuia în spațiu. Cel mai mic număr de coordonate independente care trebuie setat pentru a determina pe deplin poziția corpului în spațiu se numește numărul de grade de libertate. De exemplu, un punct material care se mișcă liber în spațiu are trei grade de libertate: un punct poate efectua trei mișcări independente de-a lungul axelor unui sistem de coordonate dreptunghiular carteziene. Un corp absolut rigid are șase grade de libertate: pentru a-și determina poziția în spațiu, sunt necesare trei grade de libertate pentru a descrie mișcarea de translație de-a lungul axelor de coordonate și trei pentru a descrie rotația în jurul acelorași axe. Sistemul de coordonate este echipat cu un ceas pentru a ține timpul.

Setul corpului de referință, sistemul de coordonate asociat acestuia și setul de ceasuri sincronizate între ele formează cadrul de referință.

Vezi si: Portal: Fizica

mecanica clasica- un tip de mecanică (o ramură a fizicii care studiază legile schimbării pozițiilor corpurilor în spațiu în timp și cauzele care o cauzează), bazată pe legile lui Newton și pe principiul relativității al lui Galileo. Prin urmare, este adesea numit mecanica newtoniana».

Mecanica clasică se împarte în:

• statica (care ia in considerare echilibrul corpurilor)
• cinematica (care studiază proprietatea geometrică a mișcării fără a lua în considerare cauzele acesteia)
• dinamica (care are în vedere mişcarea corpurilor).

Există mai multe moduri echivalente de a descrie formal mecanica clasică matematic:

• formalismul lagrangian
• formalismul hamiltonian

Mecanica clasică dă rezultate foarte precise dacă aplicarea sa este limitată la corpuri ale căror viteze sunt mult mai mici decât viteza luminii și ale căror dimensiuni sunt mult mai mari decât dimensiunile atomilor și moleculelor. O generalizare a mecanicii clasice la corpurile care se mișcă cu o viteză arbitrară este mecanica relativistă și la corpurile ale căror dimensiuni sunt comparabile cu cele atomice - mecanica cuantică. Teoria cuantică a câmpului ia în considerare efectele relativiste cuantice.

Cu toate acestea, mecanica clasică își păstrează valoarea deoarece:

1. este mult mai ușor de înțeles și utilizat decât alte teorii
2. într-o gamă largă, descrie destul de bine realitatea.

Mecanica clasică poate fi folosită pentru a descrie mișcarea obiectelor, cum ar fi vârfurile și mingile de baseball, multe obiecte astronomice (cum ar fi planetele și galaxiile) și uneori chiar multe obiecte microscopice, cum ar fi moleculele.

Mecanica clasică este o teorie auto-consistentă, adică în cadrul ei nu există afirmații care să se contrazică. Cu toate acestea, combinația sa cu alte teorii clasice, cum ar fi electrodinamica și termodinamica clasice, duce la contradicții insolubile. În special, electrodinamica clasică prezice că viteza luminii este constantă pentru toți observatorii, ceea ce este incompatibil cu mecanica clasică. La începutul secolului al XX-lea, acest lucru a dus la necesitatea creării unei teorii speciale a relativității. Considerată împreună cu termodinamica, mecanica clasică duce la paradoxul Gibbs, în care este imposibil să se determine cu exactitate cantitatea de entropie, și la catastrofa ultravioletă, în care un corp negru trebuie să radieze o cantitate infinită de energie. Încercările de a rezolva aceste probleme au dus la apariția și dezvoltarea mecanicii cuantice.

Noțiuni de bază

Mecanica clasică operează cu mai multe concepte și modele de bază. Dintre acestea trebuie evidențiate:

Legile fundamentale

Principiul relativității lui Galileo

Principiul de bază pe care se bazează mecanica clasică este principiul relativității, formulat pe baza observațiilor empirice de G. Galileo. Conform acestui principiu, există o infinitate de cadre de referință în care un corp liber este în repaus sau se mișcă cu o viteză constantă în valoare și direcție absolută. Aceste cadre de referință se numesc inerțiale și se deplasează unul față de celălalt uniform și rectiliniu. În toate cadrele de referință inerțiale, proprietățile spațiului și ale timpului sunt aceleași, iar toate procesele din sistemele mecanice se supun acelorași legi. Acest principiu poate fi formulat și ca absența sistemelor de referință absolute, adică a sistemelor de referință care se disting cumva față de altele.

legile lui Newton

Cele trei legi ale lui Newton stau la baza mecanicii clasice.

A doua lege a lui Newton nu este suficientă pentru a descrie mișcarea unei particule. În plus, este necesară o descriere a forței, obținută din luarea în considerare a esenței interacțiunii fizice la care corpul participă.

Legea conservării energiei

Legea conservării energiei este o consecință a legilor lui Newton pentru sistemele conservative închise, adică sistemele în care acționează doar forțele conservatoare. Dintr-un punct de vedere mai fundamental, există o relație între legea conservării energiei și omogenitatea timpului, exprimată prin teorema lui Noether.

Dincolo de aplicabilitatea legilor lui Newton

Mecanica clasică include, de asemenea, descrieri ale mișcărilor complexe ale obiectelor nepunctuale extinse. Legile lui Euler oferă o extensie a legilor lui Newton în acest domeniu. Conceptul de moment unghiular se bazează pe aceleași metode matematice folosite pentru a descrie mișcarea unidimensională.

Ecuațiile mișcării rachetei extind conceptul de viteză atunci când impulsul unui obiect se modifică în timp pentru a ține seama de efecte precum pierderea de masă. Există două formulări alternative importante ale mecanicii clasice: mecanica Lagrange și mecanica hamiltoniană. Acestea și alte formulări moderne tind să ocolească conceptul de „forță” și să sublinieze alte cantități fizice, cum ar fi energia sau acțiunea, pentru a descrie sistemele mecanice.

Expresiile de mai sus pentru impuls și energia cinetică sunt valabile numai în absența unei contribuții electromagnetice semnificative. În electromagnetism, a doua lege a lui Newton pentru un curent care transportă un fir este încălcată dacă nu include contribuția câmpului electromagnetic la impulsul sistemului exprimat în termeni de vector Poynting împărțit la c 2, unde c este viteza luminii în spațiul liber.

Poveste

Vremuri antice

Mecanica clasică a apărut în antichitate în principal în legătură cu problemele apărute în timpul construcției. Prima dintre secțiunile de mecanică care a fost dezvoltată a fost cea statică, ale cărei baze au fost puse în lucrările lui Arhimede din secolul al III-lea î.Hr. e. El a formulat regula pârghiei, teorema adunării forțelor paralele, a introdus conceptul de centru de greutate, a pus bazele hidrostaticei (forța lui Arhimede).

Evul mediu

timp nou

secolul al 17-lea

secolul al 18-lea

secolul al 19-lea

În secolul al XIX-lea, dezvoltarea mecanicii analitice are loc în lucrările lui Ostrogradsky, Hamilton, Jacobi, Hertz și alții.În teoria vibrațiilor, Routh, Jukovsky și Lyapunov au dezvoltat o teorie a stabilității sistemelor mecanice. Coriolis a dezvoltat teoria mișcării relative demonstrând teorema accelerației. În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, cinematica a fost separată într-o secțiune separată de mecanică.

Deosebit de semnificative în secolul al XIX-lea au fost progresele în mecanica continuă. Navier și Cauchy au formulat ecuațiile teoriei elasticității într-o formă generală. În lucrările lui Navier și Stokes, s-au obținut ecuații diferențiale de hidrodinamică ținând cont de vâscozitatea lichidului. Odată cu aceasta, are loc o aprofundare a cunoștințelor în domeniul hidrodinamicii unui fluid ideal: apar lucrările lui Helmholtz asupra vârtejurilor, Kirchhoff, Jukovski și Reynolds asupra turbulențelor și Prandtl asupra efectelor la limită. Saint-Venant a dezvoltat un model matematic care descrie proprietățile plastice ale metalelor.

Cel mai nou timp

În secolul XX, interesul cercetătorilor a trecut la efectele neliniare în domeniul mecanicii clasice. Lyapunov și Henri Poincaré au pus bazele teoriei oscilațiilor neliniare. Meshchersky și Tsiolkovsky au analizat dinamica corpurilor de masă variabilă. Aerodinamica iese în evidență de mecanica continuum, ale cărei fundații au fost dezvoltate de Jukovski. La mijlocul secolului al XX-lea, o nouă direcție în mecanica clasică se dezvoltă activ - teoria haosului. Problemele de stabilitate a sistemelor dinamice complexe rămân, de asemenea, importante.

Limitele mecanicii clasice

Mecanica clasică oferă rezultate precise pentru sistemele pe care le întâlnim în viața de zi cu zi. Dar predicțiile ei devin incorecte pentru sistemele care se apropie de viteza luminii, unde aceasta este înlocuită de mecanica relativistă, sau pentru sistemele foarte mici în care se aplică legile mecanicii cuantice. Pentru sistemele care combină ambele aceste proprietăți, teoria cuantică relativistă a câmpului este utilizată în locul mecanicii clasice. Pentru sistemele cu un număr foarte mare de componente sau grade de libertate, nici mecanica clasică nu poate fi adecvată, dar se folosesc metode de mecanică statistică.

Mecanica clasică este utilizată pe scară largă deoarece, în primul rând, este mult mai simplă și mai ușor de aplicat decât teoriile enumerate mai sus și, în al doilea rând, are posibilități mari de aproximare și aplicare pentru o clasă foarte largă de obiecte fizice, pornind de la cele obișnuite, cum ar fi sub formă de top sau minge, până la obiecte astronomice mari (planete, galaxii) și foarte microscopice (molecule organice).

Deși mecanica clasică este în general compatibilă cu alte teorii „clasice”, precum electrodinamica și termodinamica clasică, există unele inconsecvențe între aceste teorii care au fost găsite la sfârșitul secolului al XIX-lea. Ele pot fi rezolvate prin metode ale fizicii mai moderne. În special, ecuațiile electrodinamicii clasice nu sunt invariante sub transformările galileene. Viteza luminii intră în ele ca o constantă, ceea ce înseamnă că electrodinamica clasică și mecanica clasică ar putea fi compatibile doar într-un singur cadru de referință ales asociat cu eterul. Cu toate acestea, verificarea experimentală nu a relevat existența eterului, ceea ce a dus la crearea teoriei relativității speciale, în care ecuațiile mecanicii au fost modificate. Principiile mecanicii clasice sunt, de asemenea, incompatibile cu unele dintre afirmațiile termodinamicii clasice, ceea ce duce la paradoxul Gibbs, conform căruia este imposibil să se determine cu exactitate entropia și la catastrofa ultravioletă, în care un corp negru trebuie să radieze o cantitate infinită. de energie. Pentru a depăși aceste incompatibilități, a fost creată mecanica cuantică.

Note

legături de internet

• Video prelegere 1. Fizica: mecanica clasica (toamna 1999)// Cursuri MIT: 8.01

Literatură

• Arnold V.I. Avets A. Probleme ergodice ale mecanicii clasice - RHD, 1999. - 284 p.
• B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf. Fizică pentru liceeni și cei care intră în universități. - M .: Academia, 2008. - 720 p. - (Educatie inalta). - 34.000 de exemplare. - ISBN 5-7695-1040-4
• Sivukhin D.V. Curs general de fizică. - Ediția a 5-a, stereotip. - M .: Fizmatlit, 2006. - T. I. Mecanica. - 560 p. - ISBN 5-9221-0715-1
• A. N. MATVEEV Mecanica și teoria relativității. - Ed. a 3-a. - M .: ONYX Secolul XXI: Lumea și Educația, 2003. - 432 p. - 5000 de exemplare. - ISBN 5-329-00742-9
• C. Kittel, W. Knight, M. Ruderman Mecanica. Curs de fizică Berkeley. - M .: Lan, 2005. - 480 p. - (Manuale pentru universități). - 2000 de exemplare. - ISBN 5-8114-0644-4
• Landau, L. D., Lifshitz, E. M. Mecanica. - Ediția a 5-a, stereotip. - M.:

Interacțiunea acestor două efecte este tema principală a mecanicii newtoniene.

Alte concepte importante ale acestei secțiuni a fizicii sunt energia, momentul, momentul unghiular, care pot fi transferate între obiecte în procesul de interacțiune. Energia unui sistem mecanic constă în energiile sale cinetice (energia de mișcare) și potențiale (în funcție de poziția corpului față de alte corpuri). Pentru aceste mărimi fizice operează legile fundamentale de conservare.

1. Istorie

Bazele mecanicii clasice au fost puse de Galileo, precum și de Copernic și Kepler în studiul legilor mișcării corpurilor cerești, iar pentru o lungă perioadă de timp mecanica și fizica au fost luate în considerare în contextul descrierii evenimentelor astronomice.

Ideile sistemului heliocentric au fost ulterior oficializate de Kepler în cele trei legi ale mișcării corpurilor cerești. În special, a doua lege a lui Kepler afirmă că toate planetele din sistemul solar se mișcă pe orbite eliptice cu Soarele ca unul dintre focarele lor.

Următoarea contribuție importantă la întemeierea mecanicii clasice a fost adusă de Galileo, care, explorând legile fundamentale ale mișcării mecanice a corpurilor, în special sub influența forțelor gravitației, a formulat cinci legi universale ale mișcării.

Dar totuși, laurii principalului fondator al mecanicii clasice îi aparțin lui Isaac Newton, care în lucrarea sa „Principii matematice ale filosofiei naturale” a sintetizat acele concepte din fizica mișcării mecanice care au fost formulate de predecesorii săi. Newton a formulat cele trei legi fundamentale ale mișcării, care au fost numite după el, precum și legea gravitației universale, care a trasat o linie în cadrul cercetărilor lui Galileo asupra fenomenului corpurilor în cădere liberă. Astfel, a fost creată o nouă imagine, care să înlocuiască învechita imagine aristotelică a lumii și a legilor ei de bază.

2. Limitările mecanicii clasice

Mecanica clasică oferă rezultate precise pentru sistemele pe care le întâlnim în viața de zi cu zi. Dar ele devin incorecte pentru sistemele care se apropie de viteza luminii, unde aceasta este înlocuită de mecanica relativistă, sau pentru sistemele foarte mici în care se aplică legile mecanicii cuantice. Pentru sistemele care combină ambele aceste proprietăți, se aplică teoria cuantică relativistă a câmpului în locul mecanicii clasice. Pentru sistemele cu un număr foarte mare de componente, sau grade de libertate, mecanica clasică poate fi și ea adecvată, dar se folosesc metode de mecanică statistică.

Mecanica clasică este utilizată pe scară largă deoarece, în primul rând, este mult mai simplă și mai ușor de aplicat decât teoriile enumerate mai sus și, în al doilea rând, are posibilități mari de aproximare și aplicare pentru o clasă foarte largă de obiecte fizice, pornind de la cele obișnuite, cum ar fi ca un top sau o minge, în mari obiecte astronomice (planete, galaxii) și destul de microscopice (molecule organice).

3. Aparat matematic

Aparatură matematică de bază mecanica clasica- calcul diferenţial şi integral, dezvoltat special pentru aceasta de Newton şi Leibniz. În formularea clasică, mecanica se bazează pe cele trei legi ale lui Newton.

4. Prezentarea fundamentelor teoriei

Mai jos este o expunere a conceptelor de bază ale mecanicii clasice. Pentru simplitate, vom folosi conceptul de punct material ca obiect ale cărui dimensiuni pot fi neglijate. Mișcarea unui punct material este determinată de un număr mic de parametri: poziția, masa și forțele aplicate acestuia.

În realitate, dimensiunile fiecărui obiect cu care se ocupă mecanica clasică sunt diferite de zero. Un punct material, pe de altă parte, cum ar fi un electron, respectă legile mecanicii cuantice. Obiectele cu dimensiuni diferite de zero au un comportament mult mai complex, deoarece starea lor internă se poate schimba - de exemplu, o minge în mișcare se poate roti și ea. Cu toate acestea, în astfel de corpuri rezultatele obținute pentru punctele materiale pot fi aplicate, dacă le considerăm ca mulțimi de mai multe puncte materiale care interacționează. Astfel de obiecte complexe se pot comporta ca puncte materiale dacă dimensiunile lor sunt nesemnificative la scara unei anumite probleme fizice.

4.1. Poziție, rază vector și derivatele sale

Poziția unui obiect (punct material) este determinată în raport cu un punct fix din spațiu, care se numește origine. Poate fi dat de coordonatele acestui punct (de exemplu, în sistemul de coordonate carteziene) sau de vectorul rază r, tras de la origine până în acel punct. În realitate, un punct material se poate deplasa în timp, astfel încât vectorul rază este în general o funcție a timpului. În mecanica clasică, spre deosebire de relativistă, se crede că curgerea timpului este aceeași în toate cadrele de referință.

4.1.1. Traiectorie

O traiectorie este un set de toate pozițiile unui punct material în mișcare - în cazul general, este o linie curbă, a cărei formă depinde de natura mișcării punctului și de sistemul de referință selectat.

4.1.2. in miscare

.

Dacă toate forțele care acționează asupra unei particule sunt conservative și V este energia potențială totală obținută prin adăugarea energiilor potențiale ale tuturor forțelor, atunci

	.

Acestea. energie totală E=T+V se păstrează în timp. Aceasta este o manifestare a uneia dintre legile fundamentale de conservare fizică. În mecanica clasică, poate fi util în practică, deoarece multe varietăți de forțe din natură sunt conservatoare.

Mecanica este o ramură a fizicii care studiază una dintre cele mai simple și mai generale forme de mișcare din natură, numită mișcare mecanică.

mișcare mecanică constă în schimbarea poziţiei corpurilor sau a părţilor lor unele faţă de altele în timp. Deci mișcarea mecanică este făcută de planetele care circulă pe orbite închise în jurul Soarelui; diverse corpuri care se deplasează pe suprafața Pământului; electronii care se deplasează sub influența unui câmp electromagnetic etc. Mișcarea mecanică este prezentă în alte forme mai complexe de materie ca parte integrală, dar nu exhaustivă.

În funcție de natura obiectelor studiate, mecanica este subdivizată în mecanica unui punct material, mecanica unui corp solid și mecanica unui continuum.

Principiile mecanicii au fost formulate pentru prima dată de I. Newton (1687) pe baza unui studiu experimental al mișcării macrocorpilor cu viteze mici în comparație cu viteza luminii în vid (3·10 8 m/s).

macrocorpii numite corpuri obișnuite care ne înconjoară, adică corpuri formate dintr-un număr imens de molecule și atomi.

Mecanica care studiază mișcarea macrocorpilor cu viteze mult mai mici decât viteza luminii în vid se numește clasică.

Mecanica clasică se bazează pe următoarele idei ale lui Newton despre proprietățile spațiului și timpului.

Orice proces fizic are loc în spațiu și timp. Acest lucru se poate vedea cel puțin din faptul că în toate domeniile fenomenelor fizice, fiecare lege conține în mod explicit sau implicit mărimi spațiu-timp - distanțe și intervale de timp.

Un spațiu care are trei dimensiuni se supune geometriei euclidiene, adică este plat.

Distanțele sunt măsurate prin scale, a cărei principală proprietate este că două scale care odată coincis în lungime rămân întotdeauna egale una cu cealaltă, adică coincid cu fiecare suprapunere ulterioară.

Intervalele de timp sunt măsurate pe ore, iar rolul acestora din urmă poate fi jucat de orice sistem care realizează un proces repetat.

Principala caracteristică a ideilor mecanicii clasice despre dimensiunea corpurilor și intervalele de timp este a lor absolutitatea: scara are întotdeauna aceeași lungime, indiferent de modul în care se mișcă în raport cu observatorul; două ceasuri având aceeași frecvență și odată aliniate unul cu celălalt arată aceeași oră, indiferent de modul în care se mișcă.

Spațiul și timpul au proprietăți remarcabile simetrie care impun restricţii asupra fluxului anumitor procese în ele. Aceste proprietăți au fost stabilite prin experiență și par atât de evidente la prima vedere încât nu pare să fie nevoie să le evidențiem și să le rezolvi. Între timp, dacă nu ar exista simetrie spațială și temporală, nicio știință fizică nu ar putea apărea sau dezvolta.

Se pare că spațiul uniformși izotrop, și timpul este uniform.

Omogenitatea spațiului constă în faptul că aceleași fenomene fizice în aceleași condiții se produc în același mod în diferite părți ale spațiului. Prin urmare, toate punctele spațiului sunt complet indistinse, egale în drepturi și oricare dintre ele poate fi luat ca origine a sistemului de coordonate. Omogenitatea spațiului se manifestă în legea conservării impulsului.

Spațiul are și izotropie: aceleași proprietăți în toate direcțiile. Izotropia spațiului se manifestă în legea conservării momentului unghiular.

Omogenitatea timpului constă în faptul că toate momentele de timp sunt de asemenea egale, echivalente, adică cursul fenomenelor identice în aceleași condiții este același, indiferent de momentul implementării și observării lor.

Omogenitatea timpului se manifestă în legea conservării energiei.

Fără aceste proprietăți de omogenitate, legea fizică stabilită la Minsk ar fi nedreaptă la Moscova, iar legea descoperită astăzi în același loc ar putea fi nedreaptă mâine.

În mecanica clasică este recunoscută valabilitatea legii Galileo-Newton a inerției, conform căreia un corp care nu este supus acțiunii altor corpuri se mișcă în linie dreaptă și uniform. Această lege afirmă existența cadrelor de referință inerțiale în care sunt valabile legile lui Newton (precum și principiul relativității lui Galileo). Principiul relativității al lui Galileo spune: că toate cadrele de referință inerțiale sunt echivalente mecanic între ele, toate legile mecanicii sunt aceleași în aceste cadre de referință sau, cu alte cuvinte, sunt invariante în raport cu transformările galileene care exprimă conexiunea spațiu-timp a oricărui eveniment în diferite cadre de referință inerțiale. Transformările galileene arată că coordonatele oricărui eveniment sunt relative, adică au valori diferite în diferite sisteme de referință; momentele de timp în care a avut loc evenimentul sunt aceleași în sisteme diferite. Aceasta din urmă înseamnă că timpul curge în același mod în diferite cadre de referință. Această împrejurare părea atât de evidentă încât nici măcar nu era menționată ca postulat special.

În mecanica clasică se respectă principiul acțiunii pe distanță lungă: interacțiunile corpurilor se propagă instantaneu, adică cu o viteză infinit de mare.

În funcție de viteza cu care se mișcă corpurile și care sunt dimensiunile corpurilor în sine, mecanica este împărțită în clasică, relativistă și cuantică.

După cum am menționat deja, legi mecanica clasica sunt aplicabile numai mișcării macrocorpilor, a căror masă este mult mai mare decât masa unui atom, la viteze mici în comparație cu viteza luminii în vid.

Mecanica relativistă are în vedere mișcarea macrocorpilor cu viteze apropiate de viteza luminii în vid.

Mecanica cuantică- mecanica microparticulelor care se deplasează cu viteze mult mai mici decât viteza luminii în vid.

Cuantica relativistă mecanică - mecanica microparticulelor care se mișcă cu viteze apropiate de viteza luminii în vid.

Pentru a determina dacă o particulă aparține celor macroscopice, dacă i se aplică formulele clasice, trebuie să folosiți Principiul incertitudinii lui Heisenberg. Conform mecanicii cuantice, particulele reale pot fi caracterizate doar în termeni de poziție și impuls, cu o oarecare precizie. Limita acestei acuratețe este definită după cum urmează

Unde
ΔX - incertitudinea coordonatelor;
ΔP x - incertitudinea proiecției pe axa impulsului;
h - constanta lui Planck, egală cu 1,05·10 -34 J·s;
„≥” - mai mult decât o valoare, de ordinul...

Înlocuind impulsul cu produsul dintre masa și viteza, putem scrie

Din formula se poate observa că, cu cât masa unei particule este mai mică, cu atât coordonatele și viteza acesteia devin mai puțin sigure. Pentru corpurile macroscopice, aplicabilitatea practică a metodei clasice de descriere a mișcării este fără îndoială. Să presupunem, de exemplu, că vorbim despre mișcarea unei bile cu masa de 1 g. De obicei, poziția bilei poate fi practic determinată cu o precizie de o zecime sau o sutime de milimetru. În orice caz, nu are sens să vorbim despre o eroare în determinarea poziției bilei, care este mai mică decât dimensiunile atomului. Să fim deci ΔX=10 -10 m. Atunci din relația de incertitudine găsim

Micimea simultană a valorilor ΔX și ΔV x este dovada aplicabilității practice a metodei clasice de descriere a mișcării macrocorpilor.

Luați în considerare mișcarea unui electron într-un atom de hidrogen. Masa unui electron este de 9,1 10 -31 kg. Eroarea în poziția electronului ΔX în orice caz nu trebuie să depășească dimensiunile atomului, adică ΔX<10 -10 м. Но тогда из соотношения неопределенностей получаем

Această valoare este chiar mai mare decât viteza unui electron într-un atom, care este egală în ordinea mărimii cu 10 6 m/s. În această situație, tabloul clasic al mișcării își pierde orice sens.

Mecanica se împarte în cinematică, statică și dinamică. Cinematica descrie miscarea corpurilor fara a fi interesata de cauzele care au determinat aceasta miscare; statica are în vedere condițiile de echilibru al corpurilor; dinamica studiază mişcarea corpurilor în legătură cu acele cauze (interacţiuni între corpuri) care determină unul sau altul caracter al mişcării.

Mișcările reale ale corpurilor sunt atât de complexe încât, la studierea lor, este necesar să se abstragă din detalii care nu sunt esențiale pentru mișcarea luată în considerare (altfel problema ar deveni atât de complicată încât ar fi practic imposibil de rezolvat). În acest scop se folosesc concepte (abstractări, idealizări), a căror aplicabilitate depinde de natura specifică a problemei care ne interesează, precum și de gradul de acuratețe cu care dorim să obținem rezultatul. Dintre aceste concepte, cele mai importante sunt conceptele punct material, sistem de puncte materiale, corp absolut rigid.

Un punct material este un concept fizic care descrie mișcarea de translație a unui corp, dacă doar dimensiunile liniare ale acestuia sunt mici în comparație cu dimensiunile liniare ale altor corpuri în cadrul preciziei date de determinare a coordonatei corpului, în plus, masa corporală este atribuită aceasta.

În natură, punctele materiale nu există. Unul și același corp, în funcție de condiții, poate fi considerat fie ca punct material, fie ca corp de dimensiuni finite. Astfel, Pământul care se mișcă în jurul Soarelui poate fi considerat un punct material. Dar când se studiază rotația Pământului în jurul axei sale, acesta nu mai poate fi considerat un punct material, deoarece natura acestei mișcări este influențată semnificativ de forma și dimensiunea Pământului și de calea parcursă de orice punct de pe pământ. suprafață într-un timp egal cu perioada de revoluție în jurul axei sale, comparăm cu dimensiunile liniare ale globului. O aeronavă poate fi considerată un punct material dacă studiem mișcarea centrului său de masă. Dar dacă este necesar să se țină cont de influența mediului sau să se determine forțele din părțile individuale ale aeronavei, atunci trebuie să considerăm aeronava ca un corp absolut rigid.

Un corp absolut rigid este un corp ale cărui deformații pot fi neglijate în condițiile unei probleme date.

Sistemul de puncte materiale este un set de corpuri luate în considerare, care sunt puncte materiale.

Studiul mișcării unui sistem arbitrar de corpuri se reduce la studiul unui sistem de puncte materiale care interacționează. Prin urmare, este firesc să începem studiul mecanicii clasice cu mecanica unui punct material și apoi să trecem la studiul unui sistem de puncte materiale.