Fizica clasică. Mecanica clasică

09.10.2019

Boli

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

Mecanica se stabilește două sarcini principale:

studiul diferitelor mișcări și generalizarea rezultatelor obținute sub formă de legi, cu ajutorul cărora se poate prezice natura mișcării în fiecare caz specific. Soluția acestei probleme a condus la stabilirea de către I. Newton și A. Einstein a așa-numitelor legi dinamice;

găsirea proprietăților generale inerente oricărui sistem mecanic în procesul mișcării sale. Ca urmare a rezolvării acestei probleme, au fost descoperite legi de conservare pentru cantități fundamentale precum energia, impulsul și impulsul unghiular.

Legile dinamice și legile de conservare a energiei, impulsul și impulsul unghiular sunt legile de bază ale mecanicii și constituie conținutul acestui capitol.

§unu. Mișcarea mecanică: concepte de bază

Mecanica clasică are trei secțiuni principale - statică, cinematică și dinamică... În statică, sunt luate în considerare legile adăugării forțelor și condițiile de echilibru ale corpurilor. În cinematică, este dată o descriere matematică a tuturor tipurilor de mișcare mecanică, indiferent de motivele care o determină. În dinamică, este investigată influența interacțiunii dintre corpuri asupra mișcării lor mecanice.

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

Punctul material (sau particula) este un corp, a cărui formă și dimensiune pot fi neglijate în condițiile acestei probleme. Orice corp poate fi divizat mental într-un număr foarte mare de părți, în mod arbitrar mic în comparație cu dimensiunile întregului corp. Fiecare dintre aceste părți poate fi considerată ca un punct material, iar corpul însuși - ca un sistem de puncte materiale.

Dacă deformările unui corp în timpul interacțiunii sale cu alte corpuri sunt neglijabile, atunci acesta este descris de model absolut solid.

Absolut solid (sau solid) este un corp, ale cărui distanțe între oricare două puncte nu se modifică în timpul mișcării. Cu alte cuvinte, este un corp, a cărui formă și dimensiuni nu se schimbă în timpul mișcării sale. Un corp absolut rigid poate fi privit ca un sistem de puncte materiale conectate rigid între ele.

Poziția unui corp în spațiu poate fi determinată numai în raport cu alte corpuri. De exemplu, este logic să vorbim despre poziția unei planete în raport cu Soarele, un avion 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 obiectului care ne interesează, se numește corp de referință. Pentru a descrie mișcarea unui obiect, un sistem de coordonate este asociat cu un corp de referință, de exemplu, un sistem de coordonate cartezian dreptunghiular. Coordonatele obiectelor vă permit să stabiliți poziția sa în spațiu. Cel mai mic număr de coordonate independente care trebuie setate pentru a determina complet poziția unui corp 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 dreptunghiulare 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. Pentru a număra ora, sistemul de coordonate este furnizat cu un ceas.

Setul corpului de referință, sistemul de coordonate asociat și un set de ceasuri sincronizate între ele formează un sistem de referință.

Mecanica este studiul echilibrului și mișcării corpurilor (sau a părților lor) în spațiu și timp. Mișcarea mecanică este cea mai simplă și în același timp (pentru oameni) forma cea mai răspândită a existenței materiei. Prin urmare, mecanica ocupă un loc extrem de important în științele naturii și este principala subdiviziune a fizicii. A apărut istoric și s-a format ca știință mai devreme decât alte subsecțiuni ale științei naturale.

Mecanica include statica, cinematica și dinamica. În statică, sunt studiate condițiile de echilibru ale corpurilor, în cinematică - mișcarea corpurilor din punct de vedere geometric, adică fără a lua în considerare acțiunea forțelor și în dinamică - luând în considerare aceste forțe. Statica și cinematica sunt adesea privite ca o introducere în dinamică, deși au și ele un sens în sine.

Până acum, sub mecanică ne-am referit la mecanica clasică, a cărei construcție a fost finalizată la începutul secolului al XX-lea. În cadrul fizicii moderne, mai există două mecanici - cuantice și relativiste. Dar vom arunca o privire mai atentă asupra mecanicii clasice.

Mecanica clasică consideră mișcarea corpurilor cu viteze mult mai mici decât viteza luminii. Conform teoriei speciale a relativității, pentru corpurile care se mișcă la viteze mari, aproape de viteza luminii, nu există timp absolut și spațiu absolut. Prin urmare, natura interacțiunii corpurilor devine mai complicată, în special, se dovedește că masa corpului depinde de viteza mișcării sale. Toate acestea au făcut obiectul considerării mecanicii relativiste, pentru care constanta vitezei luminii joacă un rol fundamental.

Mecanica clasică se bazează pe următoarele legi de bază.

Principiul relativității al lui Galileo

Conform acestui principiu, există infinit de multe cadre de referință în care un corp liber este în repaus sau se mișcă cu o constantă de viteză în mărime și direcție. Aceste cadre de referință sunt numite inerțiale și se deplasează unul față de altul în mod uniform și rectiliniu. Acest principiu poate fi formulat și ca absența cadrelor de referință absolute, adică a cadrelor de referință care se disting cumva față de altele.

Baza mecanicii clasice o reprezintă cele trei legi ale lui Newton.

1. Orice corp material menține o stare de repaus sau mișcare rectilinie uniformă până când impactul altor corpuri îl obligă să schimbe această stare. Dorința organismului de a menține o stare de repaus sau de mișcare rectilinie uniformă se numește inerție. Prin urmare, prima lege se mai numește și legea inerției.
2. Accelerația dobândită de corp este direct proporțională cu forța care acționează asupra corpului și invers proporțională cu masa corpului.
3. Forțele cu care acționează reciproc corpurile care interacționează sunt egale în mărime și opuse în direcție.

Cunoaștem a doua lege a lui Newton în formă

stiinta naturii drept mecanica clasica

F \u003d m H a, sau a \u003d F / m,

unde accelerația a, primită de corp sub acțiunea forței F, este invers proporțională cu masa corpului m.

Prima lege poate fi obținută din a doua, deoarece în absența acțiunii asupra corpului de la alte forțe, accelerația este, de asemenea, egală cu zero. Cu toate acestea, prima lege este considerată drept o lege independentă, deoarece afirmă existența cadrelor de referință inerțiale. Într-o formulare matematică, a doua lege a lui Newton este scrisă cel mai adesea în următoarea formă:

unde este vectorul rezultat al forțelor care acționează asupra corpului; este vectorul de accelerație al corpului; m este greutatea corporală.

A treia lege a lui Newton clarifică unele proprietăți ale conceptului de forță introdus în a doua lege. El postulează prezența fiecărei forțe care acționează asupra primului corp din al doilea, egală în mărime și opusă în direcția forței care acționează asupra celui de-al doilea corp din primul. Prezența celei de-a treia legi a lui Newton asigură îndeplinirea legii conservării impulsului pentru un sistem de corpuri.

Legea conservării impulsului

Această lege este o consecință a legilor lui Newton pentru sistemele închise, adică sistemele care nu sunt afectate de forțe externe sau acțiunile forțelor externe sunt compensate și forța rezultată este zero. Dintr-un punct de vedere mai fundamental, există o relație între legea conservării impulsului și omogenitatea spațiului, exprimată de teorema lui Noether.

Legea conservării energiei

Legea conservării energiei este o consecință a legilor lui Newton pentru sistemele conservatoare închise, adică sistemele în care acționează doar forțe conservatoare. Energia dată de un corp altuia este întotdeauna egală cu energia primită de un alt corp. Pentru o evaluare cantitativă a procesului de schimb de energie între corpurile care interacționează în mecanică, este introdus conceptul de lucru al unei forțe care provoacă mișcare. Forța care provoacă mișcarea corpului funcționează, iar energia corpului în mișcare crește cu cantitatea de muncă cheltuită. După cum știți, un corp de masă m, care se mișcă cu o viteză v, are energie cinetică

Energia potențială este energia mecanică a unui sistem de corpuri care interacționează prin câmpuri de forță, de exemplu, prin forțe gravitaționale. Munca depusă de aceste forțe, atunci când corpul se deplasează dintr-o poziție în alta, nu depinde de traiectoria mișcării, ci depinde doar de poziția inițială și finală a corpului în câmpul de forță. Forțele gravitaționale sunt forțe conservatoare, iar energia potențială a unui corp de masă m, ridicat la o înălțime h deasupra suprafeței Pământului, este

E pot \u003d mgh,

unde g este accelerația datorată gravitației.

Energia mecanică totală este egală cu suma energiei cinetice și potențiale.

Acasă\u003e Prelegere

Newton este fondatorul mecanicii clasice. Și, deși astăzi, din punctul de vedere al științei moderne, imaginea mecanicistă a lumii a lui Newton pare dură și limitată, ea a fost cea care a dat impuls dezvoltării științelor teoretice și aplicate pentru următorii aproape 200 de ani. Noi 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 nu ar fi fost pentru Galileo, Copernic și alții. Nu degeaba el însuși a spus: „Am stat pe umerii uriașilor.”) Să ne oprim asupra realizării principale a Cercetarea științifică a lui Newton - imaginea mecanicistă a lumii. Conține următoarele dispoziții:

Afirmația potrivit căreia întreaga lume, Universul nu este altceva decât o colecție de un număr imens de particule indivizibile și neschimbabile care se mișcă în spațiu și timp, conectate prin forțe gravitaționale transmise de la corp la corp prin vid. Rezultă că toate evenimentele sunt strict predeterminate și supuse legilor mecanicii clasice, ceea ce face posibilă predeterminarea și prezicerea cursului evenimentelor. Atomul este unitatea elementară a lumii și toate corpurile constau din corpusculi - atomi absolut solizi, indivizibili, neschimbați. Când a descris procesele mecanice, el a folosit conceptele de „corp” și „corpuscul”. Mișcarea atomilor și corpurilor a fost reprezentată ca o simplă mișcare a corpurilor în spațiu și timp. Proprietățile spațiului și timpului, la rândul lor, au fost prezentate ca neschimbătoare și independente de corpurile în sine. Natura a fost prezentată ca un mecanism mare (mașină), în care fiecare parte își avea propriul scop și respecta rigid anumite legi. Esența acestei imagini a lumii este sinteza cunoștințelor științifice naturale și legile mecanicii, care au redus (redus) toată varietatea fenomenelor și proceselor la cele mecanice. Putem observa avantajele și dezavantajele unei astfel de imagini a lumii. Plusurile includ faptul că a permis explicarea multor fenomene și procese care au loc în natură fără a recurge la mituri și religie, ci din natura însăși. În ceea ce privește contra, există multe dintre ele. De exemplu, materia din interpretarea mecanicistă a lui Newton a fost prezentată ca o substanță inertă sortită repetării eterne a lucrurilor; timpul este o durată goală, spațiul este un simplu „container” de materie, existând independent fie de timp, fie de materie. Subiectul cognitiv a fost eliminat din imaginea lumii în sine - s-a presupus a priori că o astfel de imagine a lumii există întotdeauna, de la sine și nu depinde de mijloacele și metodele subiectului cognitiv. Imaginea mecanicistă a lumii, metodele de explicare științifică a naturii, dezvoltate de Newton, au dat un puternic impuls dezvoltării altor științe, apariția unor noi domenii ale cunoașterii - chimie, biologie (de exemplu, R. Boyle a fost capabil pentru a arăta cum sunt combinate elementele și a explica alte fenomene chimice pe baza ideilor despre mișcarea „particulelor mici de materie” (corpusculi)). Lamarck, în căutarea unui răspuns la întrebarea despre sursa schimbărilor din organismele vii, bazându-se pe paradigma mecanicistă a lui Newton, a concluzionat că dezvoltarea tuturor ființelor vii este supusă principiului „creșterii mișcării fluidelor”. Până în secolul al XIX-lea, în științele 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, fizică în sine), a devenit evident faptul că imaginea mecanicistă a lumii nu este potrivită pentru explicarea multor fenomene. Deci, investigând câmpurile electrice și magnetice, Faraday și Muskwell 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 au putut fi reduse la mecanice și, prin urmare, concluzia s-a sugerat: 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 devreme), dar interacționează, în anumite condiții, unul în altul și nu reprezintă altceva decât diferite forme de mișcare în natură. Acesta a fost modul în care imaginea mecanicistă a lumii a fost subminată prin conceptul său simplificat de mișcare ca o simplă mișcare a corpurilor în spațiu și timp, izolate una de alta, a singurei forme posibile de mișcare - mecanică, a spațiului ca „container” a materiei și a timpului ca constantă invariabilă, fără a depinde de corpurile în sine. 5. Sfârșitul secolului XIX - începutul secolului XX. marcată de o întreagă cascadă de descoperiri științifice care a completat subminarea conceptului mecanicist al lui Newton. Să numim 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 dat peste cap ideile existente despre atom ca o particulă elementară, indivizibilă a universului, „cărămida” sa. Următoarea lovitură tangibilă a științei naturale clasice a fost lovită de teoria relativității lui A. Einstein (1916), care a arătat că spațiul și timpul nu sunt absolute, ele sunt indisolubil legate de materie (sunt proprietățile sale atributive) și sunt, de asemenea, legate de mișcare . Esența acestei descoperiri a fost caracterizată foarte clar de însuși Einstein în lucrarea sa „Fizică și realitate”, unde spune că dacă mai devreme (adică timpul dominanței mecanicii clasice newtoniene) se credea că, dacă toată materia ar dispărea din Univers , spațiul și timpul ar fi păstrate, apoi teoria relativității a constatat că spațiul și timpul ar dispărea împreună 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 cognitiv, activitatea sa, poziția personală, apartenența la o anumită cultură, depinde de interacțiunea unui subiect de cunoaștere cu instrumentele, de la metodele de observare, etc. indiferent dacă respectă unele legi obiective (cum ar fi natura) sau elementele, subiectivismul, operează în ea. Introducerea tehnologiei în producție, consolidarea relațiilor marfă-marfă în țările din Europa de Vest a făcut necesară aflarea motivelor și factorilor care contribuie la acumularea bogăției națiunii. Așa a apărut economia politică clasică (secolul al XVIII-lea, Adam Smith), care se bazează pe ideea că sursa bogăției este munca, iar legile pieței sunt regulatorul relațiilor economice. Adam Smith a susținut că relațiile de muncă se bazează pe interesele individuale și private ale indivizilor. „Fiecare persoană individuală… are în minte doar propriul interes, își urmărește numai propriul beneficiu și, în acest caz, este îndreptat de o mână invizibilă către un scop care nu a făcut parte din intențiile sale. În căutarea propriilor interese, el servește deseori interesele societății mai eficient decât atunci când încearcă în mod conștient să le servească. " Mai târziu, în anii 40. Secolul al XIX-lea., Filosoful german Karl Marx a criticat economia politică clasică și a reușit să dezvăluie mecanismul exploatării capitaliste, creând o teorie a plusvalorii. Atât conceptul lui A. Smith, cât și doctrina lui K. Marx pot fi considerate ca primele abordări științifice ale studiului legilor vieții sociale. Cu toate acestea, ar fi o greșeală să prezentăm problema în așa fel încât înainte de Smith și Marx nici filosofii, nici oamenii științei nu s-au gândit la societate și la om. Este suficient să amintim doctrina stării ideale a lui Platon, proiecte despre o societate dreaptă și prosperă de Thomas More („Utopia”), Tomaso Campanella („Orașul Soarelui”). Cu toate acestea, aceste idei erau de natură utopică, erau doar „vise”, în acest caz nu este nevoie să vorbim despre o abordare științifică. Este 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 învățăturile lor despre o societate dreaptă nu s-au eliberat de idealism și utopism. Rețineți că influența succeselor științelor naturale s-a manifestat în domeniul științelor umaniste (psihologie, pedagogie, istorie, retorică, jurisprudență): cerințele pentru aplicarea metodelor științifice (observare, descriere, experiment) se aplică acestui domeniu al Cunoștințe. Pentru a rezuma: Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, a fost finalizată perioada de formare a tipului clasic de cunoștințe științifice, în arsenalul căruia există realizări semnificative. În fizică, aceasta este mecanica clasică a lui Newton, ulterior - termodinamica, teoria electricității și magnetismului; tabelul periodic al elementelor a fost descoperit în chimie, au fost stabilite 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, rămânând puțin de rezolvat. Și dintr-o dată - o nouă descoperire - descoperirea structurii atomului, care a presupus o „criză în fizică”, care s-a răspândit ulterior în alte ramuri ale cunoașterii. Astăzi, privind de la distanța anilor trecuți, putem spune că începutul secolelor XIX-XX. a marcat trecerea de la știința clasică la neclasică (sau post-clasică). Diferențele lor pot fi reprezentate după cum urmează:

№	Știința clasică	Știința postclassică
1.	Scoaterea subiectului din obiect.	Recunoașterea subiectivității cunoașterii și cunoașterii.
2.	Mentalitate de raționalitate.	Contabilitatea modurilor nerationale de cunoaștere.
3.	Dominația legilor dinamice.	Luând în considerare rolul și semnificația legilor probabilistice și statistice.
4.	Obiectul de studiu este macrocosmosul.	Obiectul de studiu este micro-, macro- și megaworld.
5.	Metoda principală de cunoaștere este experimentul.	Modelare (inclusiv matematică).
6.	Claritate necondiționată.	Claritate condiționată.
7.	O linie clară între științele naturale și umane.	Ștergerea acestei margini.
8.	Disciplină distinctă. Prevalența diferențierii științelor.	Diferențierea și integrarea (teoria sistemelor, sinergetica, metoda structurală).

Fără a dezvălui în detaliu esența trăsăturilor distinctive desemnate ale științei postclassice (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 o imensă impact asupra lumii în ansamblu și asupra atitudinii unei persoane față de aceasta. Acest lucru se manifestă, în primul rând, prin faptul că în epoca științifică și tehnică modernă nu există anumite canoane unificate, standarde general acceptate în percepția lumii, explicația și înțelegerea ei - această deschidere se exprimă în pluralismul ideilor, conceptelor , valori. O altă (a doua) trăsătură a situației moderne este ritmul accelerat al evenimentelor, densitatea lor semantică și conflictul. În al treilea rând, s-a dezvoltat o situație paradoxală: pe de o parte, credința în structura rațională a universului s-a pierdut și, pe de altă parte, există o tendință de raționalizare, tehnologie a tuturor aspectelor vieții atât a societății, cât și a indivizilor individuali. Rezultatul acestor procese este o schimbare radicală a stilului de viață, o atitudine preferabilă față de tot ceea ce este trecător, schimbându-se spre deosebire de stabil, tradițional, conservator. Prelegerea numărul 4 Structura cunoștințelor științifice

Varietatea tipurilor de cunoștințe științifice. Cunoașterea empirică, 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 între ele în ceea ce privește gradul de generalizare, de exemplu, faptele empirice reprezintă un fel de realitate empirică, reprezentată de diferite mijloace de informare - texte, formule, fotografii, casete video și fenomene pur și simplu observate în viața de zi cu zi, în timp ce o lege este o formulare de enunțuri universale despre proprietăți și relațiile domeniului studiat (bazat pe fapte) ... Să aruncăm o privire mai atentă la fiecare dintre ele. Cea mai importantă sarcină a cercetării științifice este de a găsi și 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, concretitate, universalitate, necesitate, repetabilitate și stabilitate. Cu toate acestea, stabilitatea, invarianța legilor, este întotdeauna corelată cu condiții specifice, în cazul unei modificări în care această invarianță este eliminată și se generează una nouă, ceea ce duce la o schimbare a legii, adâncirea, extinderea sau îngustarea acesteia. a sferei de acțiune. Legile sunt dezvăluite inițial sub forma unor ipoteze, ipoteze. O ipoteză este o formă de cunoaștere care conține o presupunere formulată pe baza mai multor fapte, al căror adevărat sens este incert și trebuie dovedit. În metodologia științifică modernă, conceptul de „ipoteză” este utilizat în două sensuri:

ca formă problematică și nesigură de cunoaștere; ca metodă de cunoaștere științifică. În prima sa semnificație, ipoteza trebuie să îndeplinească cerințe precum:

respectarea legilor stabilite în știință; consistența cu materialul de fapt; consistența din punctul de vedere al logicii formale (dacă vorbim despre o contradicție a realității obiective în sine, atunci ipoteza trebuie să conțină contradicții); absența unor ipoteze subiective, arbitrare (care nu anulează activitatea subiectului însuși); posibilitatea confirmării sau infirmării acesteia fie în cursul observației directe, fie indirect - prin derivarea consecințelor din ipoteză. Există diferite tipuri de ipoteze: generale, specifice și funcționale. Ipotezele generale stau la baza construirii bazelor cunoașterii științifice, sugerează tiparele diferitelor tipuri de conexiuni între fenomene. Ipotezele private conțin și presupuneri, dar despre proprietățile faptelor individuale, evenimentelor, fenomenelor specifice. O ipoteză de lucru este un fel de punct de plecare - o presupunere prezentată în prima etapă a cercetării, care este un fel de punct de referință pentru căutarea cercetării. De asemenea, trebuie amintit despre existența așa-numitului adhoc (ipoteze pentru un caz dat) - acestea sunt ipotezele 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 este o reflectare holistică a relațiilor naturale și esențiale ale unei anumite zone a realității. În știință, s-au format anumite criterii pe care o teorie trebuie să le îndeplinească. Să numim doar câteva dintre ele:

Teoria nu trebuie să contrazică datele despre fapte și experiență și să fie testată pe materialul experimental disponibil. Nu ar trebui să contrazică principiile logicii formale, ci să difere prin simplitate logică și „naturalețe”. O teorie este „bună” dacă îmbrățișează și leagă împreună o gamă largă de subiecte într-un sistem coerent de abstracții. Karl Popper, un filosof al științei, a comparat teoria cu rețelele concepute pentru a surprinde 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 unor) fapte reale și să satisfacă cerințele practicii. Popper a numit teoria un instrument care este testat 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 și justificări filozofice. Nucleul teoriei (care va fi discutat mai târziu) este un obiect abstract, idealizat, fără de care construcția unei teorii este imposibilă, deoarece conține un program de cercetare real. Există diferite tipuri de teorii: matematice, caracterizate printr-un grad ridicat de abstractitate bazat pe deducție. Trăsătura dominantă a teoriei matematice este aplicarea metodei axiomatice, ipotetic-deductive și a metodei de formalizare. Se disting teoriile științelor experimentale (empirice) - fizică, chimie, biologie etc. În știința modernă, se obișnuiește și împărțirea teoriilor în fenomenologice și non-fenomenologice. Teoriile fenomenologice descriu procesele, proprietățile și calitățile obiectelor fără a intra în esență, fără a identifica mecanisme interne (de exemplu, teorii psihologice, sociologice, pedagogice). Sarcina lor este de a organiza și rezuma faptele folosind o terminologie specifică. De regulă, teoriile fenomenologice apar în stadiul inițial al dezvoltării oricărei științe. Odată cu dezvoltarea cercetării științifice, teoria fenomenologică este înlocuită cu non-fenomenologică sau explicativă. Teoriile explicative dezvăluie mecanismul profund și intern al fenomenelor și proceselor studiate, interacțiunea acestora, conexiuni și relații stabile esențiale, adică legi, în plus, teoretice, nu empirice, deoarece acestea se formează pe baza obiectelor idealizate. Este posibil să se citeze o astfel de clasificare a teoriilor ca fiind fiabilă și probabilistică în funcție de gradul de predictibilitate a acestora. Teoriile fiabile includ teoria mecanicii clasice, fizică, chimie; la probabilistică - teoria științelor sociale și umaniste. De asemenea, trebuie arătat o formă atât de importantă de cunoaștere științifică ca o problemă. Problema este, cel mai probabil, cunoașterea ignoranței, despre ceea ce ar trebui rezolvat, la care dintre numeroasele întrebări care apar în cursul studierii unui anumit fenomen, este important să răspundem. Capacitatea 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 când apare o contradicție într-o problemă separată, fie sunt rezultatul unei coliziuni între teorie și observație. Formularea și soluționarea problemelor științifice necesită alegerea anumitor metode de cercetare, care sunt determinate fie de scopul său, fie de natura problemelor rezolvate. În plus, utilizarea unui aparat conceptual, cu ajutorul căruia este posibilă fixarea anumitor fenomene. Tradițiile științifice au o mare importanță în formularea și alegerea problemei. Varietatea formelor de cunoaștere științifică formează structura sa, care exprimă unitatea relațiilor stabile între elementele unui sistem dat. Structura cunoștințelor 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 în funcție de un criteriu precum subiectul și metodele de cunoaștere, ceea ce face posibilă diferențierea științelor despre natură (natura știință), despre societate (socială, umanistă) și despre cunoaștere în sine (logică, epistemologie, epistemologie, cognitologie etc.), după criteriul „fundamentelor științei”, unde se disting trei elemente: a) idealuri și norme; b) fundamentele filozofice; c) tabloul științific al lumii. Structura cunoștințelor științifice poate fi reprezentată și ca o unitate a celor două niveluri principale - empirice și teoretice. În prelegerea noastră, după cum urmează din punctele subliniate ale planului, intenționăm să luăm în considerare aproape toate criteriile după care au fost structurate cunoștințele științifice. Să începem cu acesta din urmă, adică cu raportul nivelurilor empirice și teoretice ale cunoașterii. 2. Cunoașterea și cunoașterea empirică (experimentală) este o activitate bazată pe o contemplare 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 lat. Factum - făcut, realizat). Conceptul de „fapt” are următoarele semnificații: 1) un anumit fragment de realitate, referindu-se fie la realitatea obiectivă, fie la sfera conștiinței și a cunoașterii („faptele conștiinței”); 2) cunoștințe despre orice fenomen, eveniment, a cărui fiabilitate a fost dovedită; 3) o propoziție care surprinde cunoștințe empirice (cunoștințe obținute prin observații și experimente). Faptele din cunoașterea științifică au un sens dublu: 1) constituie baza pentru construirea ipotezelor și a teoriei; 2) sunt critice în confirmarea teoriilor. În cazurile în care faptele și teoria diverg, 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 „lucruri încăpățânate”, „aer” sau „pâine de om de știință” numai dacă sunt acceptate indiferent dacă oamenii de știință le plac sau nu și, de asemenea, dacă acoperă cel mai complet, în mod cuprinzător obiectul cercetării (vorbim despre inadmisibilitatea „tăiere” Unele fapte, smulgerea unor fragmente din set). Pe de altă parte, nu ar trebui să urmăriți o mulțime de fapte. Scopul principal al unui cercetător în lucrul cu fapte este de a colecta un anumit număr dintre ele, de a le da sens, de a construi un sistem conceptual. Colectarea faptelor se realizează folosind o astfel de tehnică de cunoaștere empirică ca observație. Un om de știință nu doar rezolvă faptele pe care le întâlnește, este ghidat de un scop specific, o ipoteză și, prin urmare, observația are o natură sistematică, ordonată și intenționată. Omul de știință nu numai că înregistrează orice fapt, dar le efectuează selecția, selecția, lăsând pe cele relevante pentru scopul său.

Mecanică Este o parte a fizicii care studiază legile mișcării mecanice și motivele care cauzează sau modifică această mișcare.

La rândul său, mecanica este împărțită în cinematică, dinamică și statică.

Mișcare mecanică Este o modificare a poziției relative a corpurilor sau a părților corpului în timp.

Greutate Este o mărime fizică scalară care caracterizează cantitativ proprietățile inerte și gravitaționale ale materiei.

Inerţie - aceasta este dorința organismului de a menține o stare de repaus sau mișcare rectilinie uniformă.

Masa inertă caracterizează capacitatea corpului de a rezista unei schimbări a stării sale (repaus sau mișcare), de exemplu, în a doua lege a lui Newton

Masa gravitațională caracterizează capacitatea corpului de a crea un câmp gravitațional, care se caracterizează printr-o cantitate vectorială numită tensiune. Puterea câmpului gravitațional al unei mase puncte este:

Masa gravitațională caracterizează capacitatea corpului de a interacționa cu câmpul gravitațional:

p principiul echivalenței mase gravitaționale și inerte: fiecare masă este atât inertă, cât și gravitațională.

Masa corporală depinde de densitatea substanței ρ și de dimensiunea corpului (volumul corpului V):

Conceptul de masă nu este identic cu conceptele de greutate și gravitație. Nu depinde de câmpurile gravitaționale și de accelerație.

Moment de inerție - mărimea fizică tensorială care caracterizează cantitativ inertitatea unui solid, manifestată prin mișcare de rotație.

când se descrie mișcarea rotativă, nu este suficient să se specifice masa. Inerția unui corp în mișcare de rotație depinde nu numai de masă, ci și de distribuția acestuia față de axa de rotație.

1. Momentul de inerție al unui punct material

unde m este masa unui punct material; r este distanța de la un punct la axa de rotație.

2. Momentul de inerție al unui sistem de puncte materiale

3. Momentul de inerție al unui corp absolut rigid

Forta Este o mărime fizică vectorială care este o măsură a impactului mecanic asupra unui corp din alte corpuri sau câmpuri, ca urmare a căruia corpul capătă accelerație sau se deformează (își schimbă forma sau dimensiunea).

Mecanica folosește diverse modele pentru a descrie mișcarea mecanică.

Punct material (m.t.) este un corp cu o masă, ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în această problemă.

Absolut solid (AT) este un corp care nu se deformează în timpul mișcării, adică distanța dintre oricare două puncte în timpul mișcării rămâne neschimbată.
§ 2. Legile mișcării.

Prima lege n newton : orice punct material (corp) menține o stare de repaus sau mișcare rectilinie uniformă până când impactul din alte corpuri îl va obliga să schimbe această stare.

Acele cadre de referință în raport cu care este îndeplinită prima lege a lui Newton se numesc cadre de referință inerțiale (IFR). Prin urmare, prima lege a lui Newton afirmă existența IFR.

A doua lege a lui Newton (legea de bază a dinamicii mișcării de translație): rata de schimbare a impulsului unui punct material (corp) este egală cu suma forțelor care acționează asupra acestuia

A treia lege a lui Newton : orice acțiune a punctelor materiale (corpurilor) unul asupra celuilalt are caracter de interacțiune; forțele cu care acționează reciproc punctele materiale sunt întotdeauna egale în mărime, direcționate opus și acționează de-a lungul liniei drepte care leagă aceste puncte

aici este forța care acționează asupra primului punct material din partea celui de-al doilea; - forța care acționează asupra celui de-al doilea punct material din partea primului. Aceste forțe sunt aplicate diferitelor puncte materiale (corpuri), acționează întotdeauna în perechi și sunt forțe de aceeași natură.

iată constanta gravitațională. ...

Legile conservării în mecanica clasică.

legile de conservare sunt îndeplinite în sistemele închise ale corpurilor care interacționează.

Un sistem se numește închis dacă nu acționează forțe externe asupra sistemului.

Puls Este o mărime fizică vectorială care caracterizează cantitativ stocul mișcării de translație:

Legea conservării impulsului sisteme de puncte(m.t.): în sisteme închise m.t. se menține impulsul deplin

unde este viteza punctului material al i-lea înainte de interacțiune; - viteza sa după interacțiune.

Moment de impuls Este o mărime vectorială fizică care caracterizează cantitativ stocul de mișcare de rotație.

- impulsul unui punct material, - vectorul razei unui punct material.
Legea conservării impulsului unghiular : într-un sistem închis, se păstrează impulsul unghiular total:

Cantitatea fizică care caracterizează capacitatea unui corp sau a unui sistem de corpuri de a lucra se numește energie.

Energie - cantitatea fizică scalară, care este cea mai comună caracteristică a stării sistemului.

Starea sistemului este determinată de mișcarea și configurația sa, adică de dispunerea reciprocă a părților sale. Mișcarea sistemului este caracterizată de energia cinetică K, iar configurația (găsirea corpului într-un câmp potențial de forțe) este caracterizată de energia potențială U.

Energia totală este definit ca suma:

E \u003d K + U + E int,

unde E int este energia internă a corpului.

Energiile cinetice și potențiale se adaugă energie mecanică .

Formula lui Einstein (relația de energie și masă):

În cadrul de referință asociat cu centrul de masă al sistemului MT, m \u003d m 0 este masa de repaus și E \u003d E 0 \u003d m 0. c 2 - energie de odihnă.

Energie interna este determinat într-un cadru de referință asociat cu corpul însuși, adică energia internă este simultan energia odihnei.

Energie kinetică Este energia mișcării mecanice a unui corp sau a unui sistem de corpuri. Energia cinetică relativistă este determinată de formulă

La viteze mici v
.

Energie potențială - o mărime fizică scalară care caracterizează interacțiunea corpurilor cu alte corpuri sau cu câmpuri.

Exemple:

;

energia potențială a interacțiunii gravitaționale a maselor punctuale

;

Legea conservării energiei : se conservă energia totală a unui sistem închis de puncte materiale

În absența disipării (disipării) energiei, se conservă atât energia totală, cât și cea mecanică. În sistemele disipative, energia totală este conservată, dar energia mecanică nu este conservată.

§ 2. Concepte de bază ale electrodinamicii clasice.

Sursa câmpului electromagnetic este o încărcare electrică.

Incarcare electrica - aceasta este proprietatea unor particule elementare de a intra în interacțiunea electromagnetică.

Proprietăți de încărcare electrică :

1. Încărcarea electrică poate fi pozitivă și negativă (se consideră că protonul este încărcat pozitiv, iar electronul este negativ).

2. Sarcina electrică este cuantificată. Cuantumul sarcinii electrice este o sarcină electrică elementară (e \u003d 1,610 –19 C). Într-o stare liberă, toate sarcinile sunt multipli ai unui număr întreg de sarcini electrice elementare:

3. Legea conservării sarcinii: sarcina electrică totală a unui sistem închis este păstrată în toate procesele care implică particule încărcate:

q 1 + q 2 + ... + q N \u003d q 1 * + q 2 * + ... + q N *.

4. invarianță relativistă: valoarea sarcinii totale a sistemului nu depinde de mișcarea purtătorilor de sarcină (sarcina particulelor în mișcare și în repaus este aceeași). Cu alte cuvinte, în toate IFR-urile, valoarea sarcinii oricărei particule sau corp este aceeași.

Descrierea câmpului electromagnetic.

Sarcinile interacționează între ele (Fig. 1). Mărimea forței cu care sarcinile cu același semn sunt respinse una de cealaltă și sarcinile cu semne diferite sunt atrase una de cealaltă, se determină folosind legea Coulomb stabilită empiric:

Iată, constanta electrică.

Fig. 1

Care este mecanismul de interacțiune al corpurilor încărcate? Putem propune următoarea ipoteză: corpurile cu sarcină electrică generează un câmp electromagnetic. La rândul său, câmpul electromagnetic afectează alte corpuri încărcate în acest câmp. A apărut un nou obiect material - un câmp electromagnetic.

Experiența arată că, în orice câmp electromagnetic, o forță acționează asupra unei încărcări staționare, a cărei magnitudine depinde doar de magnitudinea sarcinii (magnitudinea forței este proporțională cu magnitudinea sarcinii) și poziția acesteia în câmp. Fiecare punct al câmpului poate fi asociat cu un anumit vector, care este coeficientul de proporționalitate dintre forța care acționează asupra unei sarcini staționare în câmp și sarcină. Atunci forța cu care câmpul acționează asupra unei sarcini staționare poate fi determinată de formula:

Forța care acționează din partea câmpului electromagnetic asupra unei încărcări staționare se numește forță electrică. O cantitate vectorială care caracterizează starea câmpului care determină acțiunea se numește puterea electrică a câmpului electromagnetic.

Alte experimente cu sarcini arată că vectorul nu caracterizează pe deplin câmpul electromagnetic. Dacă încărcătura începe să se miște, atunci apare o forță suplimentară, a cărei magnitudine și direcție nu sunt în niciun fel legate de magnitudinea și direcția vectorului. Forța suplimentară care apare atunci când o sarcină se mișcă într-un câmp electromagnetic se numește forță magnetică. Experiența arată că forța magnetică depinde de sarcină și de magnitudinea și direcția vectorului vitezei. Dacă sarcina de testare este deplasată prin orice punct fix al câmpului cu aceeași viteză de magnitudine, dar în direcții diferite, atunci forța magnetică va fi diferită de fiecare dată. Cu toate acestea, întotdeauna. O analiză ulterioară a faptelor experimentale a permis stabilirea faptului că pentru fiecare punct al câmpului electromagnetic există o singură direcție MN (Fig. 2) cu următoarele proprietăți:

Fig. 2

Dacă un anumit vector este direcționat de-a lungul direcției MN, care are semnificația coeficientului de proporționalitate între forța magnetică și produs, atunci sarcina și caracterizează în mod unic starea câmpului care provoacă apariția. Vectorul a fost numit vectorul inducției electromagnetice. De atunci și atunci

Într-un câmp electromagnetic, forța electromagnetică Lorentz acționează asupra unei sarcini q care se deplasează cu o viteză (Fig. 3):

.
Vectorii și, adică, șase numere, sunt componente egale ale unui singur câmp electromagnetic (componente ale tensorului câmpului electromagnetic). Într-un caz particular, se poate dovedi că toate sau toate; atunci câmpul electromagnetic este redus fie la un câmp electric, fie la un câmp magnetic.

Experimentul a confirmat corectitudinea modelului construit cu doi vectori ai câmpului electromagnetic. În acest model, fiecărui punct al câmpului electromagnetic i se dă o pereche de vectori și. Modelul pe care l-am construit este un model de câmp continuu, deoarece funcțiile și care descriu câmpul sunt funcții continue de coordonate.

Teoria fenomenelor electromagnetice folosind modelul câmpului continuu se numește clasică.

În realitate, câmpul, ca și materia, este discret. Dar acest lucru începe să afecteze numai distanțe comparabile cu dimensiunile particulelor elementare. Discreția câmpului electromagnetic este luată în considerare în teoria cuantică.

Principiul suprapunerii.

Câmpurile sunt de obicei descrise folosind linii de forță.

Linie de alimentare Este o linie a cărei tangentă la fiecare punct coincide cu vectorul intensității câmpului.

D
pentru sarcini staționare punctuale, modelul liniilor de forță ale câmpului electrostatic este prezentat în Fig. 6.

Vectorul intensității câmpului electrostatic creat de o sarcină punctuală este determinat de formula (Fig. 7 a și b), linia de nămol a câmpului magnetic este construită astfel încât în \u200b\u200bfiecare punct al liniei de forță vectorul să fie îndreptat tangențial către această linie. Liniile câmpului magnetic sunt închise (Fig. 8). Acest lucru sugerează că câmpul magnetic este un câmp vortex.

Figura: 8

Și dacă câmpul nu creează una, ci mai multe taxe punctuale? Taxele se afectează reciproc sau fiecare dintre taxele din sistem contribuie la câmpul rezultat independent de celelalte? Va fi câmpul electromagnetic creat de sarcina i în absența altor sarcini, același cu câmpul creat de sarcina i în prezența altor sarcini?

Principiul suprapunerii : câmpul electromagnetic al unui sistem arbitrar de sarcini este rezultatul adăugării câmpurilor care ar fi create de fiecare dintre sarcinile elementare ale acestui sistem în absența restului:

și.
Legile câmpului electromagnetic

Legile câmpului electromagnetic sunt formulate ca un sistem al ecuațiilor lui Maxwell.

Primul

Din prima ecuație a lui Maxwell rezultă că un câmp electrostatic este potențial (convergent sau divergent), iar sursa acestuia sunt sarcini electrice staționare.

Al doilea Ecuația lui Maxwell pentru câmpul magnetostatic:

Din a doua ecuație a lui Maxwell rezultă că câmpul magnetostatic nu este un vortex potențial și nu are surse punctuale.

Al treilea Ecuația lui Maxwell pentru câmpul electrostatic:

Din a treia ecuație a lui Maxwell rezultă că câmpul electrostatic nu este vortex.

În electrodinamică (pentru un câmp electromagnetic alternativ), a treia ecuație a lui Maxwell:

adică câmpul electric nu este potențial (nu Coulomb), ci vortex și este creat de fluxul alternativ al vectorului de inducție a câmpului magnetic.

Al patrulea Ecuația lui Maxwell pentru câmpul magnetostatic

Din a patra ecuație Maxwell din magnetostatică rezultă că câmpul magnetic este vortex și este creat de curenți electrici constanți sau de sarcini în mișcare. Direcția răsucirii liniilor câmpului magnetic este determinată de regula șurubului drept (Fig. 9).

R
fig. 9

În electrodinamică, a patra ecuație a lui Maxwell este:

Primul termen din această ecuație este curentul de conducere I, asociat cu mișcarea sarcinilor și crearea unui câmp magnetic.

Al doilea termen din această ecuație este „curentul de deplasare în vid”, adică fluxul variabil al vectorului de intensitate a câmpului electric.

Principalele dispoziții și concluzii ale teoriei lui Maxwell sunt următoarele.

O schimbare a câmpului electric în timp duce la apariția unui câmp magnetic și invers. Prin urmare, există unde electromagnetice.

Transmiterea energiei electromagnetice are loc cu o viteză finită . Viteza de transmitere a undelor electromagnetice este egală cu viteza luminii. Din aceasta a urmat identitatea fundamentală a fenomenelor electromagnetice și optice.

ÎN E D E N I E

Fizica este știința naturii care studiază cele mai generale proprietăți ale lumii materiale, cele mai generale forme de mișcare a materiei, care stau la baza tuturor fenomenelor naturale. Fizica stabilește legile care guvernează aceste fenomene.

Fizica studiază, de asemenea, proprietățile și structura corpurilor materiale, indică modalitățile de utilizare practică a legilor fizice în tehnologie.

În conformitate cu varietatea formelor de materie și mișcarea acesteia, fizica este împărțită în mai multe secțiuni: mecanică, termodinamică, electrodinamică, fizica oscilațiilor și a undelor, optică, fizica atomului, nucleului și particulelor elementare.

La joncțiunea fizicii și a altor științe ale naturii, au apărut noi științe: astrofizică, biofizică, geofizică, chimie fizică etc.

Fizica este fundamentul teoretic al tehnologiei. Dezvoltarea fizicii a servit ca bază pentru crearea unor noi ramuri ale tehnologiei precum tehnologia spațială, tehnologia nucleară, electronica cuantică etc. La rândul său, dezvoltarea științelor tehnice contribuie la crearea unor metode complet noi de cercetare fizică care determină progresul fizicii și al științelor conexe.

BAZA FIZICĂ A MECANICII CLASICE

Eu... Mecanică. Concepte generale

Mecanica este o ramură a fizicii care are în vedere cea mai simplă formă de mișcare a materiei - mișcarea mecanică.

Mișcarea mecanică este înțeleasă ca schimbarea poziției corpului studiat în spațiu cu timpul în raport cu un anumit scop sau sistem de corpuri, considerat în mod convențional nemișcat. Un astfel de sistem de corpuri împreună cu un ceas, care poate fi orice proces periodic, se numește cadru de referință (ASA DE.). ASA DE. des alese din motive de comoditate.

Pentru o descriere matematică a mișcării cu S.O. asociat cu un sistem de coordonate, adesea dreptunghiular.

Cel mai simplu corp din mecanică este un punct material. Acesta este un corp, ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în condițiile unei probleme date.

Orice corp, a cărui dimensiune nu poate fi neglijat, este considerat ca un sistem de puncte materiale.

Mecanica este împărțită în cinematică, care se ocupă de descrierea geometrică a mișcării fără a studia cauzele acesteia, dinamica, care studiază legile mișcării corpurilor sub acțiunea forțelor și statica, care studiază condițiile de echilibru ale corpurilor.

2. Cinematica punctuală

Cinematica studiază mișcarea spațiu-timp a corpurilor. Ea operează cu concepte precum mișcare, cale, timp t, viteză de mișcare, accelerație.

Linia pe care un punct material o descrie în timpul mișcării sale se numește traiectorie. Conform formei, traiectoriile sunt împărțite în rectiliniu și curbiliniar. Vector , conectarea punctelor I de pornire și cele terminale 2 se numește deplasare (Fig. I.I).

Fiecare moment al timpului t corespunde propriului său vector de rază:

Astfel, mișcarea unui punct poate fi descrisă printr-o funcție vectorială.

pe care le definim vectormod de a specifica mișcarea sau trei funcții scalare

x= x(t); y= y(t); z= z(t) , (1.2)

care se numesc ecuații cinematice. Ei definesc sarcina de mișcare coordona cale.

Mișcarea punctului va fi, de asemenea, determinată dacă poziția punctului pe traiectorie este setată pentru fiecare moment al timpului, adică dependență

Acesta definește sarcina de mișcare natural cale.

Fiecare dintre aceste formule este lege mișcare punctuală.

3. Viteza

Dacă momentul de timp t 1 corespunde vectorului de rază, a, atunci corpul va primi deplasare pe interval. În acest caz viteza medie pentru t este valoarea

care în raport cu traiectoria reprezintă o secantă care trece prin punctele I și 2. Viteză la momentul t se numește vector

Din această definiție rezultă că viteza în fiecare punct al traiectoriei este direcționată tangențial către aceasta. Din (1.5) rezultă că proiecțiile și modulul vectorului viteză sunt determinate de expresiile:

Dacă este dată legea mișcării (1.3), atunci modulul vectorului viteză este determinat după cum urmează:

Astfel, cunoscând legea mișcării (II), (1.2), (1.3), putem calcula vectorul și modulul doctorului în viteză și, dimpotrivă, cunoașterea vitezei din formulele (1.6), (1.7), poate calcula coordonatele și calea.

4. Accelerarea

Cu mișcare arbitrară, vectorul viteză se schimbă constant. Cantitatea care caracterizează rata de schimbare a vectorului vitezei se numește accelerație.

Dacă intră. moment de timp t 1 viteza punctului, iar la t 2 -, atunci creșterea vitezei va fi (Fig. 1.2) Accelerația medie este

dar instantaneu

Pentru proiecția și modulul de accelerații avem: (1.10)

Dacă modul de mișcare natural este setat, atunci accelerația poate fi definită după cum urmează. Viteza se modifică în mărime și direcție, creșterea vitezei este împărțită în două valori; - direcționat de-a lungul (creșterea vitezei în mărime) și - direcționat perpendicular (creșterea. viteza în direcție), adică \u003d + (Fig.I.З). Din (1.9) obținem:

Accelerația tangențială (tangențială) caracterizează rata de schimbare a magnitudinii (1,13)

normală (accelerația centripetă) caracterizează rata de schimbare a direcției. A calcula a n considera

OMN și MPQ sub condiția unei mici deplasări a punctului de-a lungul traiectoriei. Din similitudinea acestor triunghiuri găsim PQ: MP \u003d MN: OM:

Accelerația completă în acest caz este definită după cum urmează:

5. Exemple

I. Mișcare rectilinie la fel de variabilă. Aceasta este o mișcare cu accelerație constantă (). Din (1.8) găsim

sau unde v 0 - viteza la timp t 0. Presupunând t 0 \u003d 0, găsim , iar calea parcursă S din formula (I.7):

unde S 0 este o constantă determinată din condițiile inițiale.

2. Mișcare uniformă în jurul cercului. În acest caz, viteza se schimbă numai în direcție, adică accelerația centripetă.

I. Concepte de bază

Mișcarea corpurilor în spațiu este rezultatul interacțiunii lor mecanice între ele, în urma căreia se produce o schimbare a mișcării corpurilor sau a deformării lor. Ca măsură a interacțiunii mecanice în dinamică, se introduce o cantitate - forță. Pentru un corp dat, forța este un factor extern, iar natura mișcării depinde și de proprietatea corpului însuși - respectarea influenței externe exercitate asupra acestuia sau de gradul de inerție al corpului. Măsura inerției unui corp este masa acestuia t, în funcție de cantitatea de materie corporală.

Astfel, conceptele de bază ale mecanicii sunt: \u200b\u200bmateria în mișcare, spațiul și timpul ca forme de existență a materiei în mișcare, masa ca măsură a inerției corpurilor, forța ca măsură a interacțiunii mecanice între corpuri. Relațiile dintre aceste concepte sunt determinate de legi ! mișcări, care au fost formulate de Newton ca o generalizare și clarificare a faptelor experimentale.

2. Legile mecanicii

Prima lege. Orice corp menține o stare de repaus sau mișcare rectilinie uniformă, atâta timp cât influențele externe nu modifică această stare. Prima lege conține legea inerției, precum și definiția forței ca cauză care încalcă starea inerțială a corpului. Pentru a-l exprima matematic, Newton a introdus conceptul de impuls sau impuls al unui corp:

atunci dacă

A doua lege. Schimbarea impulsului este proporțională cu forța aplicată și are loc în direcția acțiunii acestei forțe. Selectarea unităților m și astfel încât coeficientul de proporționalitate să fie egal cu unitatea, obținem

Dacă în timp ce conduceți m= const atunci

În acest caz, legea a II-a este formulată după cum urmează: forța este egală cu produsul masei corpului prin accelerarea sa. Această lege este legea de bază a dinamicii și permite forțelor date și condițiilor inițiale să găsească legea mișcării corpurilor. A treia lege. Forțele cu care acționează reciproc două corpuri sunt egale și direcționate în direcții opuse, adică (2.4)

Legile lui Newton capătă un sens concret după ce sunt indicate forțe specifice care acționează asupra corpului. De exemplu, adesea în mecanică, mișcarea corpurilor este cauzată de acțiunea unor astfel de forțe: forța gravitațională, unde r este distanța dintre corpuri, este constanta gravitațională; forța gravitațională - forța gravitațională lângă suprafața Pământului, P= mg; forța de frecare, unde bazat pe k clasic mecanica sunt legile lui Newton. Studii cinematice ...

Cele elementare cuantic mecanica și importanța sa pentru chimie

Rezumat \u003e\u003e Chimie

Atât existența, cât și interacțiunile electromagnetice sunt fizic proprietățile sistemelor atomico-moleculare, - slabe ... - acele secțiuni inițiale clasic teorie ( mecanica și termodinamică), pe bază care s-au făcut încercări de interpretare ...

Aplicarea conceptelor clasic mecanica și termodinamică

Examinare \u003e\u003e Fizică

Fundamental fizic teoria, care are un statut ridicat în fizica modernă, este clasic mecanică, elementele de bază .... Legile clasic mecanica și metodele de analiză matematică s-au dovedit a fi eficiente. Fizic experiment, ...

Idei de bază cuantice mecanica

Rezumat \u003e\u003e Fizică

Se află în bază descriere mecanică cuantică a microsistemelor, similară cu ecuațiile lui Hamilton în clasic mecanica... În ... ideea cuantică mecanica se rezumă la asta: toate fizic cantități clasic mecanica în cuantică mecanica corespund cu „lor” ...