Domov > Prednáška

Newton je zakladateľom klasickej mechaniky. A hoci sa dnes z hľadiska modernej vedy javí Newtonov mechanistický obraz sveta drsný a obmedzený, bol to práve on, ktorý dal impulz rozvoju teoretických a aplikovaných vied na ďalších takmer 200 rokov. Newtonovi vďačíme za pojmy ako absolútny priestor, čas, hmotnosť, sila, rýchlosť, zrýchlenie; objavil zákony pohybu fyzických telies, čím položil základ pre rozvoj vedy o fyzike. (Nič z toho by sa však nemohlo stať, keby pred ním nebol Galileo, Kopernik a ďalší. Nie nadarmo sám povedal: „Stál som na pleciach obrov.“) Zastavme sa pri hlavnom výdobytku tzv. Newtonov vedecký výskum – mechanistický obraz sveta. Obsahuje tieto ustanovenia:

Tvrdenie, že celý svet, Vesmír nie je nič iné ako súbor obrovského množstva nedeliteľných a nemenných častíc pohybujúcich sa v priestore a čase, vzájomne prepojených gravitačnými silami prenášanými z tela na telo cez prázdnotu. Z toho vyplýva, že všetky udalosti sú pevne predurčené a podliehajú zákonom klasickej mechaniky, čo umožňuje predurčovať a predpovedať priebeh udalostí. Základnou jednotkou sveta je atóm a všetky telesá pozostávajú z absolútne pevných, nedeliteľných, nemenných teliesok - atómov. Pri opise mechanických procesov používal pojmy „telo“ a „telo“. Pohyb atómov a telies bol prezentovaný ako jednoduchý pohyb telies v priestore a čase. Vlastnosti priestoru a času boli zasa prezentované ako nemenné a nezávislé od telies samotných. Príroda bola prezentovaná ako veľký mechanizmus (stroj), v ktorom každá časť mala svoj vlastný účel a prísne dodržiavala určité zákony. Podstatou tohto obrazu sveta je syntéza prírodovedných poznatkov a zákonov mechaniky, ktorá zredukovala (redukovala) celú rozmanitosť javov a procesov na mechanické.

Je možné zaznamenať výhody a nevýhody takéhoto obrazu sveta. Medzi plusy patrí skutočnosť, že to umožnilo vysvetliť mnohé javy a procesy vyskytujúce sa v prírode bez toho, aby sa uchýlili k mýtom a náboženstvu, ale zo samotnej prírody. Pokiaľ ide o nevýhody, je ich veľa. Napríklad hmota v mechanistickej interpretácii Newtona bola prezentovaná ako inertná substancia, odsúdená na večné opakovanie vecí; čas je prázdnym trvaním, priestor je jednoduchý „prijímač“ hmoty, existujúci nezávisle ani od času, ani od hmoty. Poznávajúci subjekt bol eliminovaný zo samotného obrazu sveta – a priori sa predpokladalo, že takýto obraz sveta vždy existuje sám o sebe a nezávisí od prostriedkov a metód poznávajúceho subjektu. Mechanistický obraz sveta, metódy vedeckého vysvetľovania prírody, ktoré vyvinul Newton, dali silný impulz rozvoju iných vied, vzniku nových oblastí poznania – chémie, biológie (napr. R. Boyle dokázal ukázať, ako sa prvky spájajú a vysvetliť ďalšie chemické javy na základe predstáv o pohybe „malých častíc hmoty“ (teliesok)). Lamarck pri hľadaní odpovede na otázku o zdroji zmien v živých organizmoch, opierajúc sa o Newtonovu mechanistickú paradigmu, dospel k záveru, že vývoj všetkého živého podlieha princípu „zvyšovania pohybu tekutín“. Až do 19. storočia vládol v prírodných vedách mechanistický obraz sveta a poznanie bolo založené na metodologických princípoch – mechanizme a redukcionizme. S rozvojom vedy, jej rôznych oblastí (biológia, chémia, geológia, samotná fyzika) sa však ukázalo, že mechanistický obraz sveta nie je vhodný na vysvetlenie mnohých javov. Faraday a Maskwell teda pri štúdiu elektrického a magnetického poľa zistili, že hmotu možno reprezentovať nielen ako látku (v súlade s jej mechanistickou interpretáciou), ale aj ako elektromagnetické pole. Elektromagnetické procesy sa nedali zredukovať na mechanické, a preto sa navrhol záver: nie zákony mechaniky, ale zákony elektrodynamiky sú základom vesmíru. Napokon, objav zákona o zachovaní energie v 40. rokoch 19. storočia (J. Mayer, D. Joule, E. Lenz) ukázal, že také javy ako teplo, svetlo, elektrina, magnetizmus nie sú od seba izolované. (ako si to predstavujeme predtým), ale interagujú, prechádzajú za určitých podmienok jeden do druhého a nie sú ničím iným ako rôznymi formami pohybu v prírode. Mechanistický obraz sveta bol teda narušený jeho zjednodušenou predstavou pohybu ako jednoduchého pohybu telies v priestore a čase, navzájom izolovaných, jedinej možnej formy pohybu – mechanického, priestoru ako „zásobníka“. "hmoty a času ako nemenná konštanta, nezávislá od samotných tiel. 5. Koniec XIX - začiatok XX storočia. poznačená celou kaskádou vedeckých objavov, ktoré dokončili podkopanie Newtonovho mechanistického konceptu. Aby sme vymenovali aspoň niektoré: ide o objav elementárnej častice - elektrónu zahrnutého v štruktúre atómu (J. Thompson), potom - kladne nabitej častice - jadra vo vnútri atómu (E. Rutherford, 1914 ), na základe ktorej bol navrhnutý planetárny model atómu: Elektróny sa točia okolo kladne nabitého jadra. Rutherford tiež predpovedal existenciu ďalšej elementárnej častice vo vnútri atómu - protónu (ktorý bol neskôr objavený). Tieto objavy prevrátili dosiaľ existujúce predstavy o atóme ako elementárnej, nedeliteľnej častici vesmíru, jeho „tehle“. Ďalšiu hmatateľnú ranu klasickej prírodnej vede zasadila teória relativity A. Einsteina (1916), ktorá ukázala, že priestor a čas nie sú absolútne, sú nerozlučne spojené s hmotou (sú to jej atribútové vlastnosti) a sú tiež vzájomne prepojené pohyb. Einstein sám veľmi jasne opísal podstatu tohto objavu vo svojom diele „Fyzika a realita“, kde hovorí, že ak sa skôr (čo znamená doba dominancie klasickej newtonovskej mechaniky) verilo, že ak z Vesmíru zmizne všetka hmota, vesmír a čas by sa zachoval, potom teória relativity zistila, že priestor aj čas zmiznú spolu s hmotou. Význam týchto objavov zároveň spočíva v tom, že sa stala zrejmá skutočnosť: obraz objektívneho sveta nie je určený len vlastnosťami tohto sveta samotného, ​​ale aj charakteristikami predmetu poznania, jeho činnosť, osobné postavenie, príslušnosť ku konkrétnej kultúre závisí od interakcie poznávajúceho subjektu s prístrojmi, od metód pozorovania a pod. Obrovským úspechom vedy 19. storočia je prelom v otázkach, ako sa ľudská spoločnosť funguje, či už sa riadi určitými objektívnymi zákonmi (ako príroda), alebo v nej pôsobia prvky, subjektivizmus. Zavádzanie techniky do výroby, upevňovanie tovarovo-peňažných vzťahov v krajinách západnej Európy vyvolalo potrebu zisťovať príčiny, faktory prispievajúce k hromadeniu bohatstva národa. Takto vznikla klasická politická ekonómia (XVIII. storočie, Adam Smith), ktorá je založená na myšlienke, že zdrojom bohatstva je práca a regulátorom ekonomických vzťahov sú zákony trhu. Adam Smith tvrdil, že základom pracovných vzťahov sú súkromné, individuálne záujmy jednotlivcov. „Každý jednotlivec... má na mysli len svoj vlastný záujem, sleduje len svoj prospech a v tomto prípade ho vedie neviditeľná ruka k cieľu, ktorý nebol súčasťou jeho zámerov. Pri presadzovaní vlastných záujmov často slúži záujmom spoločnosti efektívnejšie, ako keď sa im vedome snaží slúžiť. Neskôr, v 40. rokoch. storočia nemecký filozof K. Marx kritizoval klasickú politickú ekonómiu a podarilo sa mu odhaliť mechanizmus kapitalistického vykorisťovania, čím vytvoril teóriu nadhodnoty. Koncept A. Smitha aj učenie K. Marxa možno považovať za prvé vedecké prístupy k štúdiu zákonitostí spoločenského života. Bolo by však chybou podať vec tak, že ani filozofi, ani vedci neuvažovali o spoločnosti a človeku pred Smithom a Marxom. Stačí pripomenúť Platónovu doktrínu ideálneho štátu, projekty o spravodlivej a prosperujúcej spoločnosti od Thomasa Mora („Utópia“), Tomasa Campanellu („Mesto slnka“). Tieto myšlienky však boli utopického charakteru, boli to len „sny“, o vedeckom prístupe v tomto prípade hovoriť netreba. Pravda, v 19. storočí sa anglickí utopickí socialisti F. Fourier (1772-1837) a R. Owen (1771-1858), vychádzajúc z myšlienok francúzskych materialistov osvietenstva, pokúsili vytvoriť „sociálnu vedu“ ( F. Fourier), ale ich učenie o spravodlivej spoločnosti sa neoslobodilo od idealizmu a utopizmu. Všimnite si, že vplyv úspechov prírodných vied sa prejavil aj v oblasti humanitných vied (psychológia, pedagogika, história, rétorika, právna veda): požiadavky na uplatnenie metód vedy (pozorovanie, opis, experiment) platia aj pre túto oblasť poznania. Aby sme to zhrnuli: Koncom 19. storočia sa skončilo obdobie formovania klasického typu vedeckého poznania, v arzenáli ktorého boli významné úspechy. Vo fyzike je to Newtonova klasická mechanika, neskôr termodynamika, teória elektriny a magnetizmu; v chémii bola objavená periodická sústava prvkov, boli položené počiatky organickej chémie; v matematike rozvoj analytickej geometrie a matematickej analýzy; v biológii - evolučná teória, teória bunkovej stavby organizmov, objav röntgenového žiarenia atď. Koncom 19. storočia prevládal pocit, že veda našla odpovede takmer na všetky otázky o svete, zostávalo len málo na rozlúštenie. A zrazu - nový prielom - objav štruktúry atómu, ktorý znamenal "krízu vo fyzike", ktorá sa neskôr rozšírila do iných oblastí poznania. Dnes, pri pohľade z diaľky minulých rokov, môžeme povedať, že prelom XIX-XX storočia. znamenal prechod od klasickej vedy k neklasickej (alebo poklasickej). Ich rozdiely možno znázorniť takto:

№	klasická veda	postklasická veda
1.	Vytiahnutie subjektu z objektu.	Uznanie subjektivity poznania a poznania.
2.	Inštalácia na racionalitu.	Účtovanie neracionálnych spôsobov poznania.
3.	Dominancia dynamických zákonov.	Účtovanie o úlohe a význame pravdepodobnostno-štatistických zákonitostí.
4.	Predmetom skúmania je makrokozmos.	Predmetom skúmania je mikro-, makro- a megasvet.
5.	Hlavnou metódou poznania je experiment.	Modelovanie (vrátane matematického).
6.	Bezpodmienečná viditeľnosť.	Podmienená viditeľnosť.
7.	Jasná hranica medzi prírodnými a humanitnými vedami.	Vymažte tento okraj.
8.	Zodpovedná disciplína. Prevaha diferenciácie vied.	Diferenciácia a integrácia (systémová teória, synergetika, štrukturálna metóda).

Bez toho, aby sme podrobne odhalili podstatu označených charakteristických čŕt postklasickej vedy (do tej či onej miery sa to stalo v priebehu odhaľovania štádií vývoja vedy), poznamenávame, že zmeny, ktoré v nej nastali, mali obrovský vplyv na svet ako celok a na postoj človeka k nemu. Prejavuje sa to po prvé v tom, že v modernej vedeckej a technologickej dobe neexistujú žiadne jednotné kánony, všeobecne uznávané štandardy vo vnímaní sveta, jeho vysvetľovaní a chápaní - táto otvorenosť sa prejavuje v pluralite myšlienok, konceptov, hodnoty. Ďalšou (druhou) črtou súčasnej situácie je zrýchlený rytmus udalostí, ich sémantická hustota a konfliktnosť. Po tretie, vyvinula sa paradoxná situácia: na jednej strane sa stratila viera v racionálnu štruktúru vesmíru a na druhej strane je tendencia racionalizovať, technizovať všetky aspekty života spoločnosti aj jednotlivcov. Výsledkom týchto procesov je radikálna zmena životného štýlu, preferenčný postoj ku všetkému pominujúcemu, meniaci sa, na rozdiel od stabilného, ​​tradičného, ​​konzervatívneho. Prednáška č. 4 Štruktúra vedeckého poznania

Rôzne typy vedeckých poznatkov. Empirické poznatky, ich štruktúra a znaky. Štruktúra a špecifiká teoretických poznatkov. Základy vedy.

1. V každom vednom odbore – fyzike, biológii, chémii atď., existuje množstvo druhov alebo foriem vedeckého poznania – empirické fakty, hypotézy, modely, zákony, teórie atď. Všetky sa navzájom líšia miera zovšeobecnenia, napríklad empirické fakty sú druhom empirickej reality, reprezentovanej rôznymi informačnými prostriedkami - textami, vzorcami, fotografiami, videokazetami a jednoducho javmi pozorovanými v každodennom živote, pričom zákon je formuláciou všeobecných tvrdení o vlastnosti a vzťahy skúmaného predmetu (podložené faktami) . Pozrime sa bližšie na každý z nich. Najdôležitejšou úlohou vedeckého bádania je nájsť, odhaliť zákonitosti určitej, objektívnej činnosti, vyjadriť ich vhodnými pojmami, teóriami, myšlienkami, princípmi. Vo svojej najvšeobecnejšej podobe možno zákon definovať ako spojenie medzi javmi, procesmi, ktoré sa vyznačuje objektivitou, konkrétnosťou, univerzálnosťou, nevyhnutnosťou, opakovaním a stabilitou. Stabilita, nemennosť zákonov však vždy koreluje s konkrétnymi podmienkami, v prípade zmeny, pri ktorej sa táto nemennosť odstraňuje a generuje sa nová, čo vedie k zmene zákona, jeho prehĺbeniu, rozšíreniu alebo zúženiu. rozsahu. Zákony sa objavujú spočiatku vo forme predpokladov, hypotéz. Hypotéza je forma poznania, ktorá obsahuje predpoklad formulovaný na základe množstva faktov, ktorých skutočný význam je neistý a je potrebné ho dokázať. V modernej metodológii vedy sa pojem „hypotéza“ používa v dvoch významoch:

ako problematická a nespoľahlivá forma poznania; ako metóda vedeckého poznania.

V prvom význame musí hypotéza spĺňať nasledujúce požiadavky:

dodržiavanie zákonov ustanovených vo vede; súlad so skutočným materiálom; konzistentnosť z hľadiska formálnej logiky (ak hovoríme o rozpore samotnej objektívnej reality, potom musí hypotéza obsahovať rozpory); absencia subjektívnych, svojvoľných predpokladov (ktoré nezrušia činnosť samotného subjektu); možnosť jej potvrdenia alebo vyvrátenia buď v priebehu priameho pozorovania, alebo nepriamo – vyvodzovaním dôsledkov z hypotézy.

Existujú rôzne typy hypotéz: všeobecné, konkrétne a pracovné. Všeobecné hypotézy sú základom pre budovanie základov vedeckého poznania, naznačujú vzorce rôznych druhov vzťahov medzi javmi. Jednotlivé hypotézy obsahujú aj predpoklady, ale o vlastnostiach jednotlivých faktov, udalostí, konkrétnych javov. Pracovná hypotéza je akýmsi východiskovým bodom – predpokladom predneseným v prvej fáze štúdie, ktorý je akýmsi návodom na hľadanie výskumu. Treba tiež pripomenúť, že existujú takzvané adhoc (hypotézy pre daný prípad) – to sú predpoklady potrebné na vyriešenie množstva problémov, ktoré sa neskôr môžu ukázať ako chybná možnosť. Jednou z najkomplexnejších a najrozvinutejších foriem vedeckého poznania je teória, ktorá predstavuje holistický odraz pravidelných a podstatných súvislostí určitej oblasti reality. Vo vede existujú určité kritériá, ktoré musí teória spĺňať. Aby sme vymenovali len niektoré z nich:

Teória by nemala byť v rozpore s údajmi o faktoch a skúsenostiach a mala by byť overiteľná na dostupnom experimentálnom materiáli. Nemalo by byť v rozpore so zásadami formálnej logiky a zároveň by sa malo vyznačovať logickou jednoduchosťou, „prirodzenosťou“. Teória je „dobrá“, ak zahŕňa a spája širokú škálu predmetov do koherentného systému abstrakcií.

Karl Popper, filozof vedy, prirovnal teóriu k sieťam navrhnutým na zachytenie toho, čo nazývame skutočný svet, aby ho pochopili, vysvetlili a osvojili si ho. V súlade s tým musí pravdivá teória zodpovedať všetkým (a nie niektorým) skutočným skutočnostiam a spĺňať požiadavky praxe. Popper nazval teóriu nástrojom, ktorého test sa vykonáva v priebehu jeho aplikácie a ktorého vhodnosť sa posudzuje podľa výsledkov takýchto aplikácií. Teória má zložitú štruktúru, v ktorej sa rozlišujú tieto zložky: pojmy, rovnice, axiómy, zákony; idealizované predmety - abstraktné modely; súbor techník, metód, pravidiel, dôkazov zameraných na objasnenie poznatkov; filozofické zovšeobecnenia a zdôvodnenia. Jadrom teórie (o ktorej bude reč neskôr) je abstraktný, idealizovaný objekt, bez ktorého nie je možné vybudovať teóriu, pretože obsahuje skutočný výskumný program. Existujú rôzne typy teórií: matematické, vyznačujúce sa vysokým stupňom abstrakcie na základe dedukcie. Dominantným momentom matematickej teórie je aplikácia axiomatickej, hypoteticko-deduktívnej metódy a metódy formalizácie. Existujú teórie experimentálnych (empirických) vied – fyzika, chémia, biológia atď. V modernej vede je tiež zvykom deliť teórie na fenomenologické a nefenomenologické. Fenomenologické teórie opisujú procesy, vlastnosti a kvality predmetov bez toho, aby sa ponorili do podstaty, bez odhaľovania vnútorných mechanizmov (napríklad psychologické, sociologické, pedagogické teórie). Ich úlohou je usporiadať a zhrnúť fakty pomocou špecifickej terminológie. Fenomenologické teórie spravidla vznikajú v počiatočnom štádiu vývoja akejkoľvek vedy. S rozvojom vedeckého bádania sa fenomenologická teória nahrádza nefenomenologickou, čiže vysvetľujúcou. Vysvetľujúce teórie odhaľujú hlboký, vnútorný mechanizmus skúmaných javov a procesov, ich interakciu, podstatné stabilné súvislosti a vzťahy, teda zákony, navyše teoretické, a nie empirické, keďže sa formujú na základe idealizovaných objektov. Podľa stupňa ich predvídateľnosti je možné klasifikovať teórie ako spoľahlivé a pravdepodobnostné. Medzi spoľahlivé patria teórie klasickej mechaniky, fyziky, chémie; až pravdepodobnostná – teória spoločenských a humanitných vied. Treba poukázať aj na takú dôležitú formu vedeckého poznania ako na problém. Problémom sú s najväčšou pravdepodobnosťou vedomosti o nevedomosti, o tom, čo by sa malo vyriešiť, na ktorú z mnohých otázok, ktoré sa vynárajú pri štúdiu konkrétneho javu, je dôležité odpovedať. Schopnosť správne identifikovať problém je často dôležitejšia ako samotné riešenie. Čo zvyčajne spôsobuje problémy? Vznikajú buď pri strete dvoch rôznych teórií, alebo v prípade rozporu v samostatnom probléme, alebo sú výsledkom kolízie teórie a pozorovania. Formulácia a riešenie vedeckých problémov si vyžaduje voľbu určitých výskumných metód, ktoré sú determinované buď jeho účelom, alebo povahou riešených problémov. Ďalej využitie pojmového aparátu, pomocou ktorého je možné fixovať určité javy. Pri formulovaní a výbere problému majú veľký význam vedecké tradície. Rôznorodosť foriem vedeckého poznania tvorí jeho štruktúru, ktorá vyjadruje jednotu stabilných vzťahov medzi prvkami daného systému. Štruktúra vedeckého poznania a poznania sa objavuje v rôznych častiach, a teda v súbore špecifických prvkov. Štruktúra vedeckého poznania sa môže líšiť z hľadiska interakcie objektu a predmetu vedeckého poznania podľa takého kritéria, ako je predmet a metódy poznania, ktoré umožňuje vyčleniť prírodné vedy (prírodné vedy). ), spoločnosť (spoločenské vedy, humanitné vedy) a samotné poznanie (logika, epistemológia). , epistemológia, kognitológia atď.), podľa kritéria „základy vedy“, kde sa rozlišujú tri prvky: a) ideály a normy ; b) filozofické základy; c) vedecký obraz sveta. Štruktúru vedeckého poznania možno znázorniť aj ako jednotu jeho dvoch hlavných rovín – empirickej a teoretickej. V našej prednáške, ako vyplýva z naznačených bodov plánu, máme v úmysle zvážiť takmer všetky kritériá, podľa ktorých boli vedecké poznatky štruktúrované. Začnime tým druhým, teda vzťahom medzi empirickou a teoretickou úrovňou poznania. 2. Empirické (experimentálne) poznanie a poznanie je činnosť založená na živej, priamej kontemplácii predmetu. Jeho charakteristickými znakmi sú zhromažďovanie faktov, ich primárne zovšeobecňovanie, popis pozorovaní a experimentov, ich systematizácia a klasifikácia. Najdôležitejším prvkom empirického výskumu je fakt (z lat. factum – hotovo, hotovo). Pojem „fakt“ má tieto významy: 1) fragment reality, týkajúci sa buď objektívnej reality, alebo sféry vedomia a poznania („fakty vedomia“); 2) vedomosti o akomkoľvek jave, udalosti, ktorej spoľahlivosť bola preukázaná; 3) veta fixujúca empirické poznatky (vedomosti získané v priebehu pozorovaní a experimentov). Fakty vo vedeckom poznaní majú dvojaký význam: 1) tvoria základ pre predkladanie hypotéz a vytváranie teórií; 2) sú kľúčové pri overovaní teórií. V prípadoch, keď sa fakty a teória rozchádzajú, potrebuje čas na opätovné overenie teórie a až keď sa rozpor medzi nimi stane neriešiteľným, teória je vyhlásená za nepravdivú. Fakty sa stávajú „tvrdohlavou vecou“, „vzduchom“ alebo „chliebom vedca“ iba vtedy, ak sú akceptované bez ohľadu na to, či sa to vedcom páči alebo nie, a tiež ak čo najkomplexnejšie a komplexne pokrývajú predmet štúdia (hovoríme o neprípustnosti „odstrihnutia » niektorých faktov, vytrhnutie ich samostatných fragmentov zo súboru). Na druhej strane sa netreba hnať za množstvom faktov. Hlavným cieľom výskumníka pri práci s faktami je zhromaždiť ich určité množstvo, dať im zmysel, skonštruovať pojmový systém. Zber faktov sa uskutočňuje pomocou takej metódy empirického poznania, ako je pozorovanie. Vedec si nefixuje len fakty, s ktorými sa stretáva, riadi sa určitým cieľom, hypotézou, a preto má pozorovanie systematizovaný, usporiadaný a cieľavedomý charakter. Vedec jednoducho neregistruje žiadne skutočnosti, ale vykonáva ich selekciu, selekciu, pričom ponecháva tie z nich, ktoré súvisia s ním stanoveným cieľom.

Mechanika- je to časť fyziky, ktorá študuje zákony mechanického pohybu a dôvody, ktoré tento pohyb spôsobujú alebo menia.

Mechanika sa zas delí na kinematiku, dynamiku a statiku.

mechanický pohyb- ide o zmenu relatívnej polohy tiel alebo častí tela v priebehu času.

Hmotnosť je skalárna fyzikálna veličina, ktorá kvantitatívne charakterizuje inertné a gravitačné vlastnosti hmoty.

zotrvačnosť- to je túžba tela udržiavať stav pokoja alebo rovnomerného priamočiareho pohybu.

zotrvačná hmotnosť charakterizuje schopnosť telesa odolávať zmene svojho stavu (pokoj alebo pohyb), napríklad v druhom Newtonovom zákone

gravitačnej hmotnosti charakterizuje schopnosť tela vytvárať gravitačné pole, ktoré je charakterizované vektorovou veličinou nazývanou napätie. Intenzita gravitačného poľa hmoty bodu sa rovná:

Gravitačná hmotnosť charakterizuje schopnosť tela interagovať s gravitačným poľom:

P princíp ekvivalencie gravitačné a zotrvačné hmotnosti: každá hmotnosť je súčasne zotrvačná aj gravitačná.

Hmotnosť telesa závisí od hustoty látky ρ a veľkosti telesa (objem telesa V):

Pojem hmotnosť nie je totožný s pojmami hmotnosť a gravitácia. Nezávisí od gravitačných polí a zrýchlení.

Moment zotrvačnosti je tenzorová fyzikálna veličina, ktorá kvantitatívne charakterizuje zotrvačnosť pevného telesa, ktorá sa prejavuje rotačným pohybom.

Pri popise rotačného pohybu nestačí špecifikovať hmotnosť. Zotrvačnosť telesa v rotačnom pohybe závisí nielen od hmotnosti, ale aj od jej rozloženia vzhľadom na os otáčania.

1. Moment zotrvačnosti hmotného bodu

kde m je hmotnosť hmotného bodu; r je vzdialenosť od bodu k osi otáčania.

2. Moment zotrvačnosti sústavy hmotných bodov

3. Moment zotrvačnosti dokonale tuhého telesa

Pevnosť- je to vektorová fyzikálna veličina, ktorá je mierou mechanického vplyvu na teleso od iných telies alebo polí, v dôsledku ktorých teleso nadobudne zrýchlenie alebo sa deformuje (mení svoj tvar alebo veľkosť).

Mechanika používa rôzne modely na opis mechanického pohybu.

Materiálny bod(m.t.) je teleso s hmotou, ktorej rozmery môžeme v tomto probléme zanedbať.

Absolútne tuhé telo(a.t.t.) je teleso, ktoré sa nedeformuje v procese pohybu, to znamená, že vzdialenosť medzi akýmikoľvek dvoma bodmi v procese pohybu zostáva nezmenená.
§ 2. Pohybové zákony.

• 
  Prvý zákon n newton : akýkoľvek hmotný bod (teleso) si zachováva stav pokoja alebo rovnomerného priamočiareho pohybu, kým ho náraz z iných telies nezmení.

Tie vzťažné sústavy, vo vzťahu ku ktorým je splnený prvý Newtonov zákon, sa nazývajú inerciálne vzťažné sústavy (ISR). Preto prvý Newtonov zákon tvrdí existenciu IFR.

• 
  Druhý Newtonov zákon (hlavný zákon dynamiky translačného pohybu): rýchlosť zmeny hybnosti hmotného bodu (telesa) sa rovná súčtu síl, ktoré naň pôsobia.

• 
  Tretí Newtonov zákon : akékoľvek pôsobenie hmotných bodov (telies) na seba má charakter interakcie; sily, ktorými na seba hmotné body pôsobia, sú vždy rovnaké v absolútnej hodnote, smerujú opačne a pôsobia pozdĺž priamky spájajúcej tieto body

,

tu je sila pôsobiaca na prvý hmotný bod od druhého; - sila pôsobiaca na druhý hmotný bod zo strany prvého. Tieto sily pôsobia na rôzne hmotné body (telesá), pôsobia vždy vo dvojiciach a sú to sily rovnakej povahy.

,

tu je gravitačná konštanta. .

Zákony zachovania v klasickej mechanike.

Zákony zachovania sú splnené v uzavretých systémoch interagujúcich telies.

Systém sa nazýva uzavretý, ak na systém nepôsobia žiadne vonkajšie sily.

Pulz - vektorová fyzikálna veličina, ktorá kvantitatívne charakterizuje zásobu translačného pohybu:

Zákon zachovania hybnosti sústavy hmotných bodov(m.t.): v uzavretých systémoch, m.t. celková hybnosť je zachovaná

kde je rýchlosť i-tého hmotného bodu pred interakciou; je jeho rýchlosť po interakcii.

moment hybnosti je fyzikálna vektorová veličina, ktorá kvantitatívne charakterizuje rezervu rotačného pohybu.

je hybnosť hmotného bodu, je polomerový vektor hmotného bodu.
Zákon zachovania momentu hybnosti : v uzavretom systéme sa zachováva celkový moment hybnosti:

Fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje schopnosť telesa alebo sústavy telies konať prácu, sa nazýva energia.

Energia je skalárna fyzikálna veličina, ktorá je najvšeobecnejšou charakteristikou stavu systému.

Stav systému je daný jeho pohybom a konfiguráciou, teda vzájomným usporiadaním jeho častí. Pohyb systému je charakterizovaný kinetickou energiou K a konfigurácia (nachádzajúca sa v potenciálnom poli síl) je charakterizovaná potenciálnou energiou U.

celková energia definovaný ako súčet:

E = K + U + E int,

kde E ext je vnútorná energia telesa.

Kinetická a potenciálna energia sa sčítajú mechanická energia .

Einsteinov vzorec(vzťah energie a hmotnosti):

V referenčnom rámci spojenom s ťažiskom systému m.t. je m \u003d m 0 pokojová hmotnosť a E \u003d E 0 \u003d m 0. c 2 - pokojová energia.

Vnútorná energia je určená v referenčnom rámci spojenom so samotným telom, to znamená, že vnútorná energia je zároveň pokojovou energiou.

Kinetická energia je energia mechanického pohybu telesa alebo sústavy telies. Relativistická kinetická energia je určená vzorcom

Pri nízkych rýchlostiach v
.

Potenciálna energia je skalárna fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje interakciu telies s inými telesami alebo s poľami.

Príklady:

potenciálna energia elastickej interakcie

;

• 
  potenciálna energia gravitačnej interakcie hmotných bodov

;

Zákon zachovania energie : celková energia uzavretého systému hmotných bodov je zachovaná

Pri absencii rozptylu (rozptyľovania) energie sa zachováva celková aj mechanická energia. V disipatívnych systémoch sa celková energia zachováva, zatiaľ čo mechanická energia sa nešetrí.

§ 2. Základné pojmy klasickej elektrodynamiky.

Zdrojom elektromagnetického poľa je elektrický náboj.

Nabíjačka je vlastnosť niektorých elementárnych častíc vstúpiť do elektromagnetickej interakcie.

Vlastnosti elektrického náboja :

1. Elektrický náboj môže byť kladný a záporný (všeobecne sa uznáva, že protón je nabitý kladne a elektrón záporne nabitý).

2. Elektrický náboj je kvantovaný. Kvantum elektrického náboja je elementárny elektrický náboj (е = 1,610 –19 C). Vo voľnom stave sú všetky poplatky násobkom celého počtu elementárnych elektrických nábojov:

3. Zákon zachovania náboja: celkový elektrický náboj uzavretého systému je zachovaný vo všetkých procesoch zahŕňajúcich nabité častice:

q1 + q2 +...+ qN = q1* + q2* +...+ qN*.

4. relativistická invariancia: hodnota celkového náboja sústavy nezávisí od pohybu nosičov náboja (náboj pohybujúcich sa a pokojových častíc je rovnaký). Inými slovami, vo všetkých ISO je náboj akejkoľvek častice alebo telesa rovnaký.

Popis elektromagnetického poľa.

Náboje sa navzájom ovplyvňujú (obr. 1). Veľkosť sily, ktorou sa náboje toho istého znamenia navzájom odpudzujú a náboje opačných znamienok sa navzájom priťahujú, sa určuje pomocou empiricky stanoveného Coulombovho zákona:

Tu je elektrická konštanta.

Obr.1

A aký je mechanizmus interakcie nabitých telies? Dá sa vysloviť nasledujúca hypotéza: telesá s elektrickým nábojom vytvárajú elektromagnetické pole. Elektromagnetické pole zase pôsobí na iné nabité telesá, ktoré sú v tomto poli. Vznikol nový hmotný objekt – elektromagnetické pole.

Prax ukazuje, že v akomkoľvek elektromagnetickom poli pôsobí na stacionárny náboj sila, ktorej veľkosť závisí len od veľkosti náboja (veľkosť sily je úmerná veľkosti náboja) a jeho polohy v poli. Každému bodu poľa je možné priradiť určitý vektor , ktorým je koeficient úmernosti medzi silou pôsobiacou na pevný náboj v poli a nábojom . Potom možno silu, ktorou pole pôsobí na pevný náboj, určiť podľa vzorca:

Sila pôsobiaca zo strany elektromagnetického poľa na pevný náboj sa nazýva elektrická sila. Vektorová veličina charakterizujúca stav poľa, ktoré vyvoláva pôsobenie, sa nazýva elektrická sila elektromagnetického poľa.

Ďalšie experimenty s nábojmi ukazujú, že vektor úplne necharakterizuje elektromagnetické pole. Ak sa náboj začne pohybovať, objaví sa nejaká dodatočná sila, ktorej veľkosť a smer nijako nesúvisia s veľkosťou a smerom vektora. Dodatočná sila, ktorá vzniká, keď sa náboj pohybuje v elektromagnetickom poli, sa nazýva magnetická sila. Skúsenosti ukazujú, že magnetická sila závisí od náboja a od veľkosti a smeru vektora rýchlosti. Ak pohybujeme skúšobným nábojom cez ktorýkoľvek pevný bod poľa rovnakou rýchlosťou, ale v rôznych smeroch, potom bude magnetická sila zakaždým iná. Avšak vždy. Ďalšia analýza experimentálnych faktov umožnila zistiť, že pre každý bod elektromagnetického poľa existuje jeden smer MN (obr. 2), ktorý má nasledujúce vlastnosti:

Obr.2

Ak je určitý vektor nasmerovaný v smere MN, čo má význam koeficientu úmernosti medzi magnetickou silou a súčinom, potom nastavenie , a jednoznačne charakterizuje stav poľa, ktoré spôsobuje výskyt . Vektor sa nazýval vektor elektromagnetickej indukcie. Odvtedy a potom

V elektromagnetickom poli pôsobí elektromagnetická Lorentzova sila na náboj pohybujúci sa rýchlosťou q (obr. 3):

.
Vektory a , teda šesť čísel , sú rovnaké zložky jedného elektromagnetického poľa (komponenty tenzora elektromagnetického poľa). V konkrétnom prípade sa môže ukázať, že všetky alebo všetky ; potom sa elektromagnetické pole redukuje buď na elektrické alebo magnetické pole.

Experiment potvrdil správnosť zostrojeného dvojvektorového modelu elektromagnetického poľa. V tomto modeli je každému bodu elektromagnetického poľa daná dvojica vektorov a . Model, ktorý sme vytvorili, je modelom spojitého poľa, pretože funkcie a popis poľa sú spojitými funkciami súradníc.

Teória elektromagnetických javov využívajúca model spojitého poľa sa nazýva klasická.

V skutočnosti je pole, podobne ako hmota, diskrétne. To sa však začína prejavovať až vo vzdialenostiach porovnateľných s veľkosťami elementárnych častíc. V kvantovej teórii sa berie do úvahy diskrétnosť elektromagnetického poľa.

Princíp superpozície.

Polia sú zvyčajne zobrazené pomocou siločiar.

siločiara je priamka, ktorej dotyčnica sa v každom bode zhoduje s vektorom intenzity poľa.

D
Pre bodové imobilné náboje je vzor siločiar elektrostatického poľa znázornený na obr. 6.

Vektor intenzity elektrostatického poľa vytvoreného bodovým nábojom je určený vzorcom (obr. 7 a a b) magnetická siločiara je zostrojená tak, že v každom bode siločiary smeruje vektor tangenciálne k tejto čiare. Siločiary magnetického poľa sú uzavreté (obr. 8). To naznačuje, že magnetické pole je vírivé pole.

Ryža. osem

A ak pole vytvorí nie jeden, ale niekoľko bodových poplatkov? Ovplyvňujú sa náboje navzájom, alebo každý z nábojov systému prispieva do výsledného poľa nezávisle od ostatných? Bude elektromagnetické pole vytvorené i-tým nábojom v neprítomnosti iných nábojov rovnaké ako pole vytvorené i-tým nábojom v prítomnosti iných nábojov?

Princíp superpozície : elektromagnetické pole ľubovoľného systému nábojov je výsledkom sčítania polí, ktoré by vytvorili každý z elementárnych nábojov tohto systému v prípade neprítomnosti ostatných:

a .
Zákony elektromagnetického poľa

Zákony elektromagnetického poľa sú formulované ako systém Maxwellových rovníc.

najprv

Z prvej Maxwellovej rovnice vyplýva, že elektrostatické pole - potenciál (zbiehajúce sa alebo rozbiehajúce sa) a jeho zdrojom sú nehybné elektrické náboje.

Po druhé Maxwellova rovnica pre magnetostatické pole:

Z druhej Maxwellovej rovnice vyplýva, že magnetostatické pole je vírovo bezpotenciálne a nemá žiadne bodové zdroje.

Po tretie Maxwellova rovnica pre elektrostatické pole:

Z tretej Maxwellovej rovnice vyplýva, že elektrostatické pole nie je vír.

V elektrodynamike (pre premenlivé elektromagnetické pole) je tretia Maxwellova rovnica:

t.j. elektrické pole nie je potenciálne (nie Coulombovo), ale vírové a vzniká premenlivým tokom vektora indukcie magnetického poľa.

Po štvrté Maxwellova rovnica pre magnetostatické pole

Zo štvrtej Maxwellovej rovnice v magnetostatike vyplýva, že magnetické pole je vírové a je vytvorené jednosmernými elektrickými prúdmi alebo pohyblivými nábojmi. Smer skrútenia siločiar magnetického poľa je určený pravou skrutkou (obr. 9).

R
Obr.9

V elektrodynamike je Maxwellova štvrtá rovnica:

Prvý člen v tejto rovnici je vodivý prúd I spojený s pohybom nábojov a vytváraním magnetického poľa.

Druhým pojmom v tejto rovnici je "vytesňovací prúd vo vákuu", t.j. premenlivý tok vektora intenzity elektrického poľa.

Hlavné ustanovenia a závery Maxwellovej teórie sú nasledovné.

Zmena v čase elektrického poľa vedie k vzniku magnetického poľa a naopak. Preto existujú elektromagnetické vlny.

Prenos elektromagnetickej energie prebieha konečnou rýchlosťou . Rýchlosť prenosu elektromagnetických vĺn sa rovná rýchlosti svetla. Z toho vyplynula základná identita elektromagnetických a optických javov.

Vrcholom vedeckej práce I. Newtona je jeho nesmrteľné dielo „The Mathematical Principles of Natural Philosophy“, prvýkrát vydané v roku 1687. Zhrnul v nej výsledky získané svojimi predchodcami a vlastným výskumom a po prvý raz vytvoril jednotný harmonický systém pozemskej a nebeskej mechaniky, ktorý tvoril základ celej klasickej fyziky.

Tu Newton uviedol definície počiatočných pojmov - množstvo hmoty, ekvivalent hmotnosti, hustota; množstvo pohybu ekvivalentné hybnosti a rôzne druhy sily. Pri formulovaní pojmu kvantity hmoty vychádzal z myšlienky, že atómy pozostávajú z nejakej jedinej primárnej hmoty; Hustota bola chápaná ako miera, do akej je jednotkový objem telesa naplnený primárnou hmotou.

Táto práca načrtáva Newtonovu doktrínu univerzálnej gravitácie, na základe ktorej vypracoval teóriu pohybu planét, satelitov a komét, ktoré tvoria slnečnú sústavu. Na základe tohto zákona vysvetlil jav prílivu a odlivu a stláčania Jupitera. Newtonov koncept bol základom mnohých technických pokrokov počas dlhého obdobia. Na jej základe sa sformovalo množstvo metód vedeckého bádania v rôznych oblastiach prírodných vied.

Výsledkom vývoja klasickej mechaniky bolo vytvorenie jednotného mechanického obrazu sveta, v rámci ktorého sa celá kvalitatívna rozmanitosť sveta vysvetľovala rozdielmi v pohybe telies, podliehajúcich zákonom newtonovskej mechaniky.

Newtonova mechanika na rozdiel od predchádzajúcich mechanických koncepcií umožňovala riešiť problém akéhokoľvek štádia pohybu, predchádzajúceho aj nasledujúceho, a v akomkoľvek bode priestoru so známymi faktami, ktoré tento pohyb určujú, ako aj inverzný problém určovania pohybu. veľkosť a smer týchto faktorov.v akomkoľvek bode so známymi základnými prvkami pohybu. Z tohto dôvodu by sa newtonovská mechanika mohla použiť ako metóda na kvantitatívnu analýzu mechanického pohybu.

Zákon univerzálnej gravitácie.

Zákon univerzálnej gravitácie objavil v roku 1682 I. Newton. Podľa jeho hypotézy medzi všetkými telesami Vesmíru pôsobia príťažlivé sily nasmerované pozdĺž čiary spájajúcej ťažiská. Pre teleso vo forme homogénnej gule sa ťažisko zhoduje so stredom gule.

V nasledujúcich rokoch sa Newton pokúsil nájsť fyzikálne vysvetlenie zákonov pohybu planét objavených I. Keplerom na začiatku 17. storočia a dať kvantitatívne vyjadrenie pre gravitačné sily. Newton teda vedel, ako sa planéty pohybujú, chcel zistiť, aké sily na ne pôsobia. Táto cesta sa nazýva inverzný problém mechaniky.

Ak je hlavnou úlohou mechaniky určiť zo známych síl pôsobiacich na teleso súradnice telesa známej hmotnosti a jeho rýchlosť v ľubovoľnom časovom okamihu, potom pri riešení inverznej úlohy je potrebné určiť sily pôsobiace na teleso. telo, ak je známe, ako sa pohybuje.

Riešenie tohto problému viedlo Newtona k objavu zákona univerzálnej gravitácie: „Všetky telesá sa k sebe priťahujú silou priamo úmernou ich hmotnosti a nepriamo úmernou štvorcu vzdialenosti medzi nimi.“

K tomuto zákonu treba uviesť niekoľko dôležitých poznámok.

1, jeho pôsobenie sa výslovne vzťahuje na všetky fyzické hmotné telá vo vesmíre bez výnimky.

2 gravitačná sila Zeme na jej povrchu rovnako pôsobí na všetky hmotné telesá nachádzajúce sa kdekoľvek na zemeguli. Práve teraz na nás pôsobí sila gravitácie a my ju naozaj cítime ako vlastnú váhu. Ak niečo zhodíme, pod vplyvom rovnakej sily sa to rúti k zemi rovnomerným zrýchlením.

Mnohé javy sú vysvetlené pôsobením univerzálnych gravitačných síl v prírode: pohyb planét v slnečnej sústave, umelé družice Zeme - to všetko sa vysvetľuje na základe zákona univerzálnej gravitácie a zákonov dynamiky.

Newton ako prvý naznačil, že gravitačné sily neurčujú len pohyb planét slnečnej sústavy; pôsobia medzi akýmikoľvek telesami Vesmíru. Jedným z prejavov sily univerzálnej gravitácie je sila gravitácie – takto sa zvykne nazývať sila príťažlivosti telies k Zemi blízko jej povrchu.

Gravitačná sila smeruje do stredu zeme. Pri absencii iných síl teleso voľne padá k Zemi so zrýchlením voľného pádu.

Tri princípy mechaniky.

Newtonove zákony mechaniky, tri zákony tvoriace základ tzv. klasickej mechaniky. Formuloval I. Newton (1687).

Prvý zákon: "Každé teleso je naďalej držané v stave pokoja alebo rovnomerného a priamočiareho pohybu, kým a pokiaľ nie je prinútené aplikovanými silami tento stav zmeniť."

Druhý zákon: "Zmena hybnosti je úmerná použitej hnacej sile a vyskytuje sa v smere priamky, pozdĺž ktorej táto sila pôsobí."

Tretí zákon: "Vždy existuje rovnaká a opačná reakcia na akciu, inak sú interakcie dvoch telies proti sebe rovnaké a smerované opačným smerom." N. h. m. sa objavil ako výsledok zovšeobecnenia početných pozorovaní, experimentov a teoretických štúdií G. Galilea, H. Huygensa, samotného Newtona a i.

Podľa moderných myšlienok a terminológie by sa v prvom a druhom zákone malo telo chápať ako hmotný bod a pohyb - pohyb vo vzťahu k inerciálnej vzťažnej sústave. Matematické vyjadrenie druhého zákona v klasickej mechanike má tvar alebo mw = F, kde m je hmotnosť bodu, u je jeho rýchlosť, a w je zrýchlenie, F je pôsobiaca sila.

N. h. m prestáva platiť pre pohyb objektov veľmi malých rozmerov (elementárnych častíc) a pre pohyby s rýchlosťami blízkymi rýchlosti svetla

©2015-2019 stránka
Všetky práva patria ich autorom. Táto stránka si nenárokuje autorstvo, ale poskytuje bezplatné používanie.
Dátum vytvorenia stránky: 04.04.2017

KLASICKÁ MECHANIKA

PREDNÁŠKA 1

ÚVOD DO KLASICKEJ MECHANIKY

klasickej mechanikyštuduje mechanický pohyb makroskopických objektov, ktoré sa pohybujú oveľa menšou rýchlosťou ako je rýchlosť svetla (=3 10 8 m/s). Pod makroskopickými objektmi sa rozumejú objekty, ktorých rozmery sú m (vpravo je veľkosť typickej molekuly).

Medzi nerelativistické teórie patria fyzikálne teórie, ktoré študujú sústavy telies, ktorých pohyb nastáva pri rýchlostiach oveľa nižších ako je rýchlosť svetla. Ak sú rýchlosti častíc systému porovnateľné s rýchlosťou svetla, potom takéto systémy súvisia s relativistickými systémami a musia byť opísané na základe relativistických teórií. Základom všetkých relativistických teórií je špeciálna teória relativity (SRT). Ak sú rozmery skúmaných fyzických objektov malé, potom sú takéto systémy kvantovými systémami a ich teórie sú kvantovými teóriami.

Klasická mechanika by sa teda mala považovať za nerelativistickú nekvantovú teóriu pohybu častíc.

1.1 Referenčné rámce a princípy invariantnosti

mechanický pohyb- ide o zmenu polohy telesa voči iným telesám v čase v priestore.

Priestor sa v klasickej mechanike považuje za trojrozmerný (na určenie polohy častice v priestore je potrebné zadať tri súradnice), ktorý sa riadi Euklidovou geometriou (v priestore platí Pytagorova veta) a absolútny. Čas je jednorozmerný, jednosmerný (meniaci sa z minulosti do budúcnosti) a absolútny. Absolútnosť priestoru a času znamená, že ich vlastnosti nezávisia od rozloženia a pohybu hmoty. V klasickej mechanike sa za pravdivé považuje nasledovné tvrdenie: priestor a čas spolu nesúvisia a možno ich považovať jeden od druhého nezávisle.

Pohyb je relatívny, a preto, aby ste ho opísali, musíte si vybrať referenčný orgán, t.j. teleso, voči ktorému sa pohyb zvažuje. Keďže k pohybu dochádza v priestore a čase, na jeho opis by sa mal zvoliť jeden alebo druhý súradnicový systém a hodiny (na aritmetizáciu priestoru a času). Vďaka trojrozmernosti priestoru je každý jeho bod spojený s tromi číslami (súradnicami). Voľba jedného alebo druhého súradnicového systému je zvyčajne diktovaná stavom a symetriou úlohy. V teoretickej úvahe budeme zvyčajne používať pravouhlý karteziánsky súradnicový systém (obrázok 1.1).

V klasickej mechanike na meranie časových intervalov vzhľadom na absolútnosť času stačí mať na začiatku súradnicového systému umiestnené jedny hodiny (tejto problematike sa budeme podrobne venovať v teórii relativity). Referenčný orgán a hodiny a stupnice spojené s týmto orgánom (súradnicovým systémom) tvoria referenčný systém.

Predstavme si koncept uzavretého fyzikálneho systému. uzavretý fyzický systém nazýva sa taký systém hmotných objektov, v ktorom všetky objekty systému navzájom interagujú, ale neinteragujú s objektmi, ktoré nie sú zahrnuté v systéme.

Ako ukazujú experimenty, nasledujúce princípy invariantnosti sa ukázali ako platné s ohľadom na množstvo referenčných systémov.

Princíp invariantnosti pri priestorových posunoch(priestor je homogénny): priebeh procesov vo vnútri uzavretého fyzikálneho systému nie je ovplyvnený jeho polohou voči referenčnému telesu.

Princíp invariantnosti pri priestorových rotáciách(priestor je izotropný): priebeh procesov vo vnútri uzavretého fyzikálneho systému nie je ovplyvnený jeho orientáciou voči referenčnému telesu.

Princíp invariantnosti vzhľadom na časové posuny(čas je homogénny): čas začiatku procesov neovplyvňuje tok procesov vo vnútri uzavretého fyzikálneho systému.

Princíp invariantnosti pri zrkadlových odrazoch(priestor je zrkadlovo symetrický): procesy prebiehajúce v uzavretých zrkadlovo symetrických fyzikálnych systémoch sú samy o sebe zrkadlovo symetrické.

Tie referenčné rámce, vzhľadom na ktoré je priestor homogénny, izotropný a zrkadlovo symetrický a čas sa jednotne nazýva inerciálne referenčné systémy(ISO).

Newtonov prvý zákon tvrdí, že ISO existujú.

ISO nie je jedno, ale nekonečné množstvo. Referenčný rámec, ktorý sa pohybuje vo vzťahu k ISO v priamke a rovnomerne, bude sám o sebe ISO.

Princíp relativity tvrdí, že tok procesov v uzavretom fyzickom systéme nie je ovplyvnený jeho priamočiarym rovnomerným pohybom vzhľadom na referenčnú sústavu; zákony popisujúce procesy sú rovnaké v rôznych ISO; samotné procesy budú rovnaké, ak budú rovnaké počiatočné podmienky.

1.2 Základné modely a sekcie klasickej mechaniky

V klasickej mechanike sa pri popise reálnych fyzikálnych systémov zavádza množstvo abstraktných pojmov, ktoré zodpovedajú skutočným fyzikálnym objektom. Medzi takéto základné pojmy patria: uzavretý fyzikálny systém, hmotný bod (častica), absolútne tuhé teleso, spojité médium a množstvo ďalších.

Materiálny bod (častica)- teleso, ktorého rozmery a vnútornú stavbu možno pri opise jeho pohybu zanedbať. Okrem toho je každá častica charakterizovaná svojím špecifickým súborom parametrov – hmotnosť, elektrický náboj. Model hmotného bodu nezohľadňuje štrukturálne vnútorné charakteristiky častíc: moment zotrvačnosti, dipólový moment, vlastný moment (spin) atď. Poloha častice v priestore je charakterizovaná tromi číslami (súradnicami) alebo polomerovým vektorom. (obr. 1.1).

Absolútne tuhé telo

Sústava hmotných bodov, ktorých vzdialenosti sa počas ich pohybu nemenia;

Teleso, ktorého deformácie možno zanedbať.

Skutočný fyzikálny proces je považovaný za nepretržitý sled elementárnych dejov.

elementárna udalosť je jav s nulovým priestorovým rozsahom a nulovým trvaním (napríklad zasiahnutie cieľa guľkou). Udalosť charakterizujú štyri čísla – súradnice; tri priestorové súradnice (alebo polomer - vektor) a jedna časová súradnica: . V tomto prípade je pohyb častice reprezentovaný ako súvislý sled nasledujúcich elementárnych dejov: prechod častice cez daný bod v priestore v danom čase.

Zákon pohybu častice sa považuje za daný, ak je známa závislosť vektora polomeru častice (alebo jej troch súradníc) od času:

V závislosti od typu skúmaných objektov sa klasická mechanika delí na mechaniku častíc a sústav častíc, mechaniku absolútne tuhého telesa a mechaniku spojitých médií (mechanika pružných telies, hydromechanika, aeromechanika).

Podľa charakteru riešených úloh sa klasická mechanika delí na kinematiku, dynamiku a statiku. Kinematikaštuduje mechanický pohyb častíc bez zohľadnenia príčin, ktoré spôsobujú zmenu charakteru pohybu častíc (síl). Zákon pohybu častíc systému sa považuje za daný. Podľa tohto zákona sa v kinematike určujú rýchlosti, zrýchlenia, trajektórie častíc sústavy. Dynamika uvažuje o mechanickom pohybe častíc s prihliadnutím na príčiny, ktoré spôsobujú zmenu charakteru pohybu častíc. Sily pôsobiace medzi časticami systému a na častice systému z telies nezahrnutých do systému sa považujú za známe. O povahe síl v klasickej mechanike sa nehovorí. Statika možno považovať za špeciálny prípad dynamiky, kde sa študujú podmienky mechanickej rovnováhy častíc systému.

Podľa spôsobu popisu systémov sa mechanika delí na newtonovskú a analytickú mechaniku.

1.3 Transformácie súradníc udalostí

Uvažujme, ako sa transformujú súradnice udalostí počas prechodu z jedného IFR na druhý.

1. Priestorový posun. V tomto prípade transformácie vyzerajú takto:

Kde je vektor priestorového posunu, ktorý nezávisí od čísla udalosti (index a).

2. Časový posun:

Kde je časový posun.

3. Priestorová rotácia:

Kde je infinitezimálny vektor rotácie (obr. 1.2).

4. Inverzia času (obrátenie času):

5. Priestorová inverzia (odraz v bode):

6. Galileovské premeny. Uvažujeme o transformácii súradníc udalostí pri prechode z jedného IFR na druhý, ktorý sa vzhľadom na prvý pohybuje priamočiaro a rovnomerne rýchlosťou (obr. 1.3):

Kde je druhý pomer postuloval(!) a vyjadruje absolútnosť času.

Časovo rozlišovať pravú a ľavú časť transformácie priestorových súradníc, berúc do úvahy absolútny charakter času, pomocou definície rýchlosť, ako derivácia vektora polomeru vzhľadom na čas, podmienka, že =konšt, dostaneme klasický zákon sčítania rýchlostí

Tu by sme mali venovať osobitnú pozornosť tomu, že pri odvodzovaní posledného vzťahu nevyhnutné brať do úvahy postulát absolútneho charakteru času.

Ryža. 1.2 Obr. 1.3

Rozlišovanie s ohľadom na čas znova pomocou definície zrýchlenie, ako derivácia rýchlosti vzhľadom na čas dostaneme, že zrýchlenie je rovnaké vzhľadom na rôzne ISO (nemenné vzhľadom na Galileove transformácie). Toto tvrdenie matematicky vyjadruje princíp relativity v klasickej mechanike.

Z matematického hľadiska tvoria transformácie 1-6 skupinu. V skutočnosti táto skupina obsahuje jedinú transformáciu - identickú transformáciu zodpovedajúcu absencii prechodu z jedného systému do druhého; pre každú z transformácií 1-6 existuje inverzná transformácia, ktorá dostane systém do pôvodného stavu. Operácia násobenia (skladanie) je zavedená ako postupná aplikácia zodpovedajúcich transformácií. Zvlášť treba poznamenať, že skupina rotačných transformácií sa neriadi komutatívnym (permutačným) zákonom, t.j. je neabelovský. Kompletná transformačná skupina 1-6 sa nazýva Galileova transformačná skupina.

1.4 Vektory a skaláre

Vektor nazýva sa fyzikálna veličina, ktorá je transformovaná ako polomerový vektor častice a je charakterizovaná svojou číselnou hodnotou a smerom v priestore. Vzhľadom na operáciu priestorovej inverzie sa vektory delia na pravda(polárne) a pseudovektory(axiálne). Pri priestorovej inverzii skutočný vektor mení svoje znamienko, pseudovektor sa nemení.

Skaláre charakterizované iba ich číselnou hodnotou. Vzhľadom na operáciu priestorovej inverzie sa skaláre delia na pravda a pseudoskaláry. Pri priestorovej inverzii sa nemení skutočný skalár, pseudoskalár mení svoje znamienko.

Príklady. Vektor polomeru, rýchlosť a zrýchlenie častíc sú skutočné vektory. Vektory uhla natočenia, uhlovej rýchlosti, uhlového zrýchlenia sú pseudovektory. Vektorový produkt dvoch skutočných vektorov je pseudovektor, vektorový produkt skutočného vektora a pseudovektor je skutočný vektor. Skalárny súčin dvoch skutočných vektorov je skutočný skalár, skutočný vektor krát pseudovektor je pseudoskalár.

Je potrebné poznamenať, že vo vektorovej alebo skalárnej rovnosti musia byť pojmy vpravo a vľavo rovnakej povahy vzhľadom na operáciu priestorovej inverzie: skutočné skaláre alebo pseudoskaláry, skutočné vektory alebo pseudovektory.

Mechanika je odvetvie fyziky, ktoré študuje jednu z najjednoduchších a najvšeobecnejších foriem pohybu v prírode, nazývanú mechanický pohyb.

mechanický pohyb spočíva v zmene polohy telies alebo ich častí voči sebe v priebehu času. Mechanický pohyb teda vykonávajú planéty obiehajúce po uzavretých dráhach okolo Slnka; rôzne telesá pohybujúce sa na povrchu Zeme; elektróny pohybujúce sa vplyvom elektromagnetického poľa atď. Mechanický pohyb je prítomný v iných zložitejších formách hmoty ako integrálna, ale nie vyčerpávajúca súčasť.

V závislosti od povahy skúmaných objektov sa mechanika delí na mechaniku hmotného bodu, mechaniku pevného telesa a mechaniku kontinua.

Princípy mechaniky prvýkrát sformuloval I. Newton (1687) na základe experimentálneho štúdia pohybu makrotelies s malými rýchlosťami v porovnaní s rýchlosťou svetla vo vákuu (3·10 8 m/s).

makrotelieska nazývané bežné telesá, ktoré nás obklopujú, teda telesá pozostávajúce z obrovského množstva molekúl a atómov.

Mechanika, ktorá študuje pohyb makrotelies s rýchlosťami oveľa nižšími ako je rýchlosť svetla vo vákuu, sa nazýva klasická.

Klasická mechanika je založená na nasledujúcich Newtonových predstavách o vlastnostiach priestoru a času.

Akýkoľvek fyzikálny proces prebieha v priestore a čase. Vidno to aspoň z toho, že vo všetkých oblastiach fyzikálnych javov každý zákon explicitne alebo implicitne obsahuje časopriestorové veličiny – vzdialenosti a časové intervaly.

Priestor, ktorý má tri rozmery, sa riadi euklidovskou geometriou, to znamená, že je plochý.

Vzdialenosti sa merajú stupnicami, ktorých hlavnou vlastnosťou je, že dve stupnice, ktoré sa raz zhodujú v dĺžke, zostávajú vždy rovnaké, to znamená, že sa zhodujú s každým nasledujúcim prekrytím.

Časové intervaly sa merajú po hodinách a ich úlohu môže zohrávať akýkoľvek systém, ktorý vykonáva opakujúci sa proces.

Hlavnou črtou predstáv klasickej mechaniky o veľkosti telies a časových intervaloch je ich absolútnosť: stupnica má vždy rovnakú dĺžku, bez ohľadu na to, ako sa pohybuje vzhľadom na pozorovateľa; dve hodiny s rovnakým tempom a po zoradení ukazujú rovnaký čas bez ohľadu na to, ako sa pohybujú.

Priestor a čas majú pozoruhodné vlastnosti symetria ktoré ukladajú obmedzenia toku určitých procesov v nich. Tieto vlastnosti boli overené skúsenosťami a na prvý pohľad sú také zrejmé, že sa zdá, že nie je potrebné ich vyčleňovať a zaoberať sa nimi. Medzitým, ak by neexistovala priestorová a časová symetria, nemohla by vzniknúť ani sa rozvinúť žiadna fyzikálna veda.

Ukazuje sa, že priestor jednotne a izotropne, a čas je jednotne.

Homogenita priestoru spočíva v tom, že rovnaké fyzikálne javy sa za rovnakých podmienok vyskytujú rovnakým spôsobom v rôznych častiach priestoru. Všetky body priestoru sú preto úplne nerozoznateľné, majú rovnaké práva a ktorýkoľvek z nich možno považovať za počiatok súradnicového systému. Homogenita priestoru sa prejavuje v zákone zachovania hybnosti.

Priestor má tiež izotropiu: rovnaké vlastnosti vo všetkých smeroch. Izotropia priestoru sa prejavuje v zákone zachovania momentu hybnosti.

Homogénnosť času spočíva v tom, že všetky časové momenty sú si aj rovnaké, rovnocenné, to znamená, že priebeh identických javov v rovnakých podmienkach je rovnaký, bez ohľadu na čas ich realizácie a pozorovania.

Homogénnosť času sa prejavuje v zákone zachovania energie.

Bez týchto vlastností homogenity by bol fyzikálny zákon zavedený v Minsku v Moskve nespravodlivý a zákon objavený dnes na tom istom mieste by mohol byť nespravodlivý zajtra.

V klasickej mechanike sa uznáva platnosť Galileovho-Newtonovho zákona zotrvačnosti, podľa ktorého sa teleso, ktoré nepodlieha pôsobeniu iných telies, pohybuje priamočiaro a rovnomerne. Tento zákon potvrdzuje existenciu inerciálnych vzťažných sústav, v ktorých platia Newtonove zákony (rovnako ako Galileov princíp relativity). Galileov princíp relativity uvádza, že všetky inerciálne vzťažné sústavy sú navzájom mechanicky ekvivalentné, všetky zákony mechaniky sú v týchto referenčných sústavách rovnaké, alebo, inými slovami, sú invariantné vzhľadom ku Galileovým transformáciám vyjadrujúcim časopriestorové spojenie akejkoľvek udalosti v rôznych inerciálnych vzťažných sústavách. Galileovské transformácie ukazujú, že súradnice akejkoľvek udalosti sú relatívne, to znamená, že majú rôzne hodnoty v rôznych referenčných systémoch; časové okamihy, kedy k udalosti došlo, sú v rôznych systémoch rovnaké. To druhé znamená, že čas plynie rovnakým spôsobom v rôznych referenčných rámcoch. Táto okolnosť sa zdala byť taká zrejmá, že nebola ani spomenutá ako špeciálny postulát.

V klasickej mechanike sa pozoruje princíp pôsobenia na veľké vzdialenosti: interakcie telies sa šíria okamžite, to znamená nekonečne vysokou rýchlosťou.

V závislosti od rýchlosti, ktorou sa telesá pohybujú a aké sú veľkosti samotných telies, sa mechanika delí na klasickú, relativistickú a kvantovú.

Ako už bolo spomenuté, zákony klasickej mechaniky sú použiteľné len na pohyb makrotelies, ktorých hmotnosť je oveľa väčšia ako hmotnosť atómu, pri nízkych rýchlostiach v porovnaní s rýchlosťou svetla vo vákuu.

Relativistická mechanika uvažuje o pohybe makrotelies s rýchlosťami blízkymi rýchlosti svetla vo vákuu.

Kvantová mechanika- mechanika mikročastíc pohybujúcich sa oveľa nižšou rýchlosťou ako je rýchlosť svetla vo vákuu.

Relativistické kvantum mechanika - mechanika mikročastíc pohybujúcich sa rýchlosťou blížiacou sa rýchlosti svetla vo vákuu.

Na určenie, či častica patrí medzi makroskopické, či sú na ňu použiteľné klasické vzorce, je potrebné použiť Heisenbergov princíp neurčitosti. Podľa kvantovej mechaniky je možné skutočné častice charakterizovať z hľadiska polohy a hybnosti len s určitou presnosťou. Hranica presnosti je definovaná nasledovne

kde
ΔX - neistota súradníc;
ΔP x - neistota projekcie na os hybnosti;
h - Planckova konštanta, rovná 1,05·10-34 J·s;
"≥" - viac ako hodnota, rádovo ...

Nahradením hybnosti súčinom hmotnosti krát rýchlosť, môžeme písať

Zo vzorca je zrejmé, že čím je hmotnosť častice menšia, tým sú jej súradnice a rýchlosť menej isté. Pre makroskopické telesá je praktická použiteľnosť klasickej metódy opisu pohybu nepochybná. Predpokladajme napríklad, že hovoríme o pohybe guľôčky s hmotnosťou 1 g. Polohu guľôčky možno väčšinou prakticky určiť s presnosťou na desatinu alebo stotinu milimetra. V každom prípade sotva má zmysel hovoriť o chybe pri určovaní polohy gule, ktorá je menšia ako rozmery atómu. Dajme teda ΔX=10 -10 m. Potom zo vzťahu neurčitosti zistíme

Súčasná malosť hodnôt ΔX a ΔV x je dôkazom praktickej použiteľnosti klasickej metódy popisu pohybu makrotelies.

Zvážte pohyb elektrónu v atóme vodíka. Hmotnosť elektrónu je 9,1 10 -31 kg. Chyba v polohe elektrónu ΔX by v žiadnom prípade nemala presiahnuť rozmery atómu, to znamená ΔX<10 -10 м. Но тогда из соотношения неопределенностей получаем

Táto hodnota je dokonca väčšia ako rýchlosť elektrónu v atóme, ktorá sa rovná rádovo 10 6 m/s. V tejto situácii klasický obraz pohybu stráca akýkoľvek význam.

Mechanika sa delí na kinematika, statika a dynamika. Kinematika popisuje pohyb telies bez toho, aby sa zaujímala o príčiny, ktoré tento pohyb spôsobili; statik uvažuje o podmienkach rovnováhy telies; dynamika študuje pohyb telies v súvislosti s tými príčinami (interakcie medzi telesami), ktoré určujú ten či onen charakter pohybu.

Reálne pohyby telies sú také zložité, že pri ich štúdiu je potrebné abstrahovať od detailov, ktoré nie sú pre uvažovaný pohyb podstatné (inak by sa problém skomplikoval natoľko, že by bolo prakticky nemožné ho vyriešiť). Na tento účel sa využívajú pojmy (abstrakcie, idealizácie), ktorých použiteľnosť závisí od konkrétneho charakteru pre nás zaujímavého problému, ako aj od miery presnosti, s akou chceme výsledok získať. Spomedzi týchto pojmov sú najdôležitejšie pojmy hmotný bod, sústava hmotných bodov, absolútne tuhé teleso.

Hmotný bod je fyzikálny pojem, ktorý popisuje translačný pohyb telesa, ak len jeho lineárne rozmery sú malé v porovnaní s lineárnymi rozmermi iných telies v rámci danej presnosti určenia súradnice telesa, navyše hmotnosť telesa je sa tomu pripisuje.

V prírode hmotné body neexistujú. Jedno a to isté teleso v závislosti od podmienok možno považovať buď za hmotný bod, alebo za teleso konečných rozmerov. Zem pohybujúcu sa okolo Slnka teda možno považovať za hmotný bod. Ale pri štúdiu rotácie Zeme okolo svojej osi ju už nemožno považovať za hmotný bod, pretože charakter tohto pohybu je výrazne ovplyvnený tvarom a veľkosťou Zeme a dráhou, ktorú prejde ktorýkoľvek bod na Zemi. povrchu v čase, ktorý sa rovná perióde jeho otáčania okolo svojej osi, porovnávame s lineárnymi rozmermi zemegule. Lietadlo možno považovať za hmotný bod, ak študujeme pohyb jeho ťažiska. Ale ak je potrebné brať do úvahy vplyv prostredia alebo určiť sily v jednotlivých častiach lietadla, tak musíme lietadlo považovať za absolútne tuhé teleso.

Absolútne tuhé teleso je teleso, ktorého deformácie je možné v podmienkach daného problému zanedbať.

Systém hmotných bodov je súborom posudzovaných telies, ktoré sú hmotnými bodmi.

Štúdium pohybu ľubovoľného systému telies sa redukuje na štúdium systému vzájomne sa ovplyvňujúcich hmotných bodov. Je preto prirodzené začať štúdium klasickej mechaniky s mechanikou jedného hmotného bodu a potom pristúpiť k štúdiu sústavy hmotných bodov.