Класическа механика. Формиране на знания на учениците за структурата на физическата теория Основни принципи на класическата механика

Вижте също: Портал: Физика

класическа механика- вид механика (част от физиката, която изучава законите за промяна на положението на телата в пространството във времето и причините, които го причиняват), основана на законите на Нютон и принципа на относителността на Галилей. Поради това често се нарича Нютонова механика».

Класическата механика се подразделя на:

статика (която разглежда равновесието на телата)
кинематика (която изучава геометричните свойства на движението, без да отчита причините за него)
динамика (която разглежда движението на телата).

Има няколко еквивалентни начина за формално математическо описание на класическата механика:

Лагранжов формализъм
Хамилтонов формализъм

Класическата механика дава много точни резултати, ако приложението й е ограничено до тела, чиито скорости са много по-малки от скоростта на светлината и чиито размери са много по-големи от размерите на атомите и молекулите. Обобщение на класическата механика за тела, движещи се с произволна скорост, е релативистката механика, а за тела, чиито размери са сравними с атомните - квантовата механика. Квантовата теория на полето разглежда квантовите релативистични ефекти.

Въпреки това класическата механика запазва своята стойност, защото:

тя е много по-лесна за разбиране и използване от други теории
в широк диапазон, доста добре описва реалността.

Класическата механика може да се използва за описание на движението на обекти като върхове и бейзболни топки, много астрономически обекти (като планети и галактики) и понякога дори много микроскопични обекти като молекули.

Класическата механика е самосъгласувана теория, тоест в нейната рамка няма твърдения, които си противоречат. Въпреки това, комбинацията му с други класически теории, като класическата електродинамика и термодинамика, води до неразрешими противоречия. По-специално, класическата електродинамика предвижда, че скоростта на светлината е постоянна за всички наблюдатели, което е в противоречие с класическата механика. В началото на 20 век това доведе до необходимостта от създаване на специална теория на относителността. Когато се разглежда заедно с термодинамиката, класическата механика води до парадокса на Гибс, при който е невъзможно да се определи точно количеството ентропия, и до ултравиолетовата катастрофа, при която черното тяло трябва да излъчва безкрайно количество енергия. Опитите за решаване на тези проблеми доведоха до появата и развитието на квантовата механика.

Основни понятия

Класическата механика оперира с няколко основни концепции и модела. Сред тях трябва да се подчертае:

Основни закони

Принципът на относителността на Галилей

Основният принцип, на който се основава класическата механика, е принципът на относителността, формулиран въз основа на емпирични наблюдения от Г. Галилей. Съгласно този принцип има безкрайно много отправни системи, в които свободното тяло е в покой или се движи с постоянна скорост по абсолютна стойност и посока. Тези референтни системи се наричат инерционни и се движат една спрямо друга равномерно и праволинейно. Във всички инерционни отправни системи свойствата на пространството и времето са еднакви и всички процеси в механичните системи се подчиняват на едни и същи закони. Този принцип може да се формулира и като липса на абсолютни референтни системи, т.е. референтни системи, които по някакъв начин се отличават спрямо другите.

Законите на Нютон

Трите закона на Нютон са в основата на класическата механика.

Вторият закон на Нютон не е достатъчен, за да опише движението на една частица. Освен това е необходимо описание на силата, получено от разглеждане на същността на физическото взаимодействие, в което участва тялото.

Закон за запазване на енергията

Законът за запазване на енергията е следствие от законите на Нютон за затворени консервативни системи, тоест системи, в които действат само консервативни сили. От по-фундаментална гледна точка съществува връзка между закона за запазване на енергията и хомогенността на времето, изразена от теоремата на Ньотер.

Отвъд приложимостта на законите на Нютон

Класическата механика също включва описания на сложните движения на разширени неточкови обекти. Законите на Ойлер осигуряват разширение на законите на Нютон в тази област. Концепцията за ъглов импулс разчита на същите математически методи, използвани за описване на едномерно движение.

Уравненията на движението на ракетата разширяват концепцията за скорост, когато импулсът на даден обект се променя с течение на времето, за да отчете такива ефекти като загуба на маса. Има две важни алтернативни формулировки на класическата механика: механика на Лагранж и механика на Хамилтон. Тези и други съвременни формулировки са склонни да заобикалят концепцията за "сила" и да наблягат на други физически величини, като енергия или действие, за да опишат механичните системи.

Горните изрази за импулс и кинетична енергия са валидни само при липса на значителен електромагнитен принос. В електромагнетизма вторият закон на Нютон за проводник, по който протича ток, е нарушен, ако не включва приноса на електромагнитното поле към импулса на системата, изразен чрез вектора на Пойнтинг, разделен на ° С 2, където ° Се скоростта на светлината в свободното пространство.

История

древни времена

Класическата механика възниква в древността главно във връзка с проблемите, възникнали по време на строителството. Първият от разработените раздели на механиката е статиката, чиито основи са положени в трудовете на Архимед през 3 век пр.н.е. д. Той формулира правилото на лоста, теоремата за събирането на успоредни сили, въвежда понятието център на тежестта, полага основите на хидростатиката (силата на Архимед).

Средна възраст

ново време

17-ти век

18-ти век

19 век

През 19 век развитието на аналитичната механика се осъществява в трудовете на Остроградски, Хамилтън, Якоби, Херц и др.. В теорията на вибрациите Рут, Жуковски и Ляпунов развиват теория за устойчивостта на механичните системи. Кориолис развива теорията за относителното движение чрез доказване на теоремата за ускорението. През втората половина на 19 век кинематиката е отделена в отделен раздел на механиката.

Особено значим през 19 век е напредъкът в механиката на непрекъснатите среди. Навие и Коши формулират уравненията на теорията на еластичността в общ вид. В трудовете на Navier и Stokes са получени диференциални уравнения на хидродинамиката, като се вземе предвид вискозитета на течността. Заедно с това има задълбочаване на знанията в областта на хидродинамиката на идеална течност: появяват се трудовете на Хелмхолц за вихрите, Кирхоф, Жуковски и Рейнолдс за турбулентността и Прандтл за граничните ефекти. Saint-Venant разработи математически модел, описващ пластичните свойства на металите.

Най-новото време

През 20 век интересът на изследователите се пренасочва към нелинейни ефекти в областта на класическата механика. Ляпунов и Анри Поанкаре полагат основите на теорията на нелинейните трептения. Мешчерски и Циолковски анализират динамиката на тела с променлива маса. Аеродинамиката се отличава от механиката на континуума, чиито основи са разработени от Жуковски. В средата на 20-ти век активно се развива ново направление в класическата механика - теорията на хаоса. Въпросите за устойчивостта на сложните динамични системи също остават важни.

Ограничения на класическата механика

Класическата механика дава точни резултати за системите, които срещаме в ежедневието. Но нейните прогнози стават неправилни за системи, доближаващи скоростта на светлината, където тя е заменена от релативистка механика, или за много малки системи, където се прилагат законите на квантовата механика. За системи, които съчетават и двете свойства, се използва релативистка квантова теория на полето вместо класическата механика. За системи с много голям брой компоненти, или степени на свобода, класическата механика също не може да бъде адекватна, но се използват методи на статистическата механика.

Класическата механика се използва широко, защото, първо, тя е много по-проста и лесна за прилагане от изброените по-горе теории, и, второ, има големи възможности за приближаване и приложение за много широк клас физически обекти, като се започне от обичайните, като като въртящ се връх или топка, до големи астрономически обекти (планети, галактики) и много микроскопични (органични молекули).

Въпреки че класическата механика като цяло е съвместима с други „класически“ теории като класическата електродинамика и термодинамика, има някои несъответствия между тези теории, открити в края на 19 век. Те могат да бъдат решени с методи на по-съвременна физика. По-специално, уравненията на класическата електродинамика не са инвариантни спрямо Галилееви трансформации. Скоростта на светлината влиза в тях като константа, което означава, че класическата електродинамика и класическата механика могат да бъдат съвместими само в една избрана отправна система, свързана с етера. Експерименталната проверка обаче не разкри съществуването на етера, което доведе до създаването на специална теория на относителността, в която уравненията на механиката бяха модифицирани. Принципите на класическата механика също са несъвместими с някои от твърденията на класическата термодинамика, което води до парадокса на Гибс, според който е невъзможно да се определи точно ентропията, и до ултравиолетовата катастрофа, при която черното тяло трябва да излъчва безкрайно много на енергия. За да се преодолеят тези несъвместимости, е създадена квантовата механика.

Бележки

Интернет връзки

Видео лекция 1. Физика: Класическа механика (есен 1999)// MIT Лекции: 8.01

Литература

Арнолд V.I. Авец А.Ергодични проблеми на класическата механика.- РХД, 1999.- 284 с.
Б. М. Яворски, А. А. Детлаф.Физика за гимназисти и постъпващи в университети. - М .: Академия, 2008. - 720 с. - (Висше образование). - 34 000 бр. - ISBN 5-7695-1040-4
Сивухин Д.В.Общ курс по физика. - 5-то издание, стереотипно. - М .: Физматлит, 2006. - T. I. Механика. - 560 стр. - ISBN 5-9221-0715-1
А. Н. МАТВЕЕВМеханика и теория на относителността. - 3-то изд. - М .: ONYX 21 век: Светът и образованието, 2003. - 432 с. - 5000 бр. - ISBN 5-329-00742-9
C. Kittel, W. Knight, M. RudermanМеханика. Курс по физика в Бъркли. - М .: Lan, 2005. - 480 с. - (Учебници за ВУЗ). - 2000 бр. - ISBN 5-8114-0644-4

От Уикипедия, свободната енциклопедия

Класическата механика се подразделя на:

статика (която разглежда равновесието на телата)

кинематика (която изучава геометричните свойства на движението, без да отчита причините за него)

динамика (която разглежда движението на телата).

Класическата механика дава много точни резултати, ако приложението й е ограничено до тела, чиито скорости са много по-малки от скоростта на светлината и чиито размери са много по-големи от размерите на атомите и молекулите. Релативистката механика е обобщение на класическата механика за тела, движещи се с произволна скорост, и квантовата механика за тела, чиито размери са сравними с атомните.Квантовата теория на полето разглежда квантовите релативистични ефекти.

Въпреки това класическата механика запазва своята стойност, защото:

тя е много по-лесна за разбиране и използване от други теории

в широк диапазон, доста добре описва реалността.

Класическата механика е самосъгласувана теория, тоест в нейната рамка няма твърдения, които си противоречат. Въпреки това, комбинацията му с други класически теории, като класическата електродинамика и термодинамика, води до неразрешими противоречия. По-специално, класическата електродинамика предвижда, че скоростта на светлината е постоянна за всички наблюдатели, което е в противоречие с класическата механика. В началото на 20 век това доведе до необходимостта от създаване на специална теория на относителността. Когато се разглежда заедно с термодинамиката, класическата механика води до парадокса на Гибс, при който е невъзможно да се определи точно количеството ентропия, и ултравиолетовата катастрофа, при която напълно черно тяло трябва да излъчва безкрайно количество енергия. Опитите за решаване на тези проблеми доведоха до появата и развитието на квантовата механика.

10 билет МЕХАНИЧНА КАРТИНА НА СВЕТА ТЕРМОДИНАМИКА

Термодинамика(Гръцки θέρμη - „топлина“, δύναμις - „сила“) - клон на физиката, който изучава връзките и трансформациите на топлина и други форми на енергия. Химическата термодинамика, която изучава физическите и химичните трансформации, свързани с отделянето или поглъщането на топлина, както и топлотехниката, се обособиха като отделни дисциплини.

В термодинамиката не се работи с отделни молекули, а с макроскопични тела, състоящи се от огромен брой частици. Тези тела се наричат термодинамични системи. В термодинамиката топлинните явления се описват с макроскопични величини - налягане, температура, обем, ..., които не са приложими за отделни молекули и атоми.

В теоретичната физика, наред с феноменологичната термодинамика, която изучава феноменологията на топлинните процеси, се отличава статистическата термодинамика, която е създадена за механичното обосноваване на термодинамиката и е един от първите раздели на статистическата физика.

Термодинамиката може да се приложи към широк кръг от теми в науката и технологиите, като двигатели, фазови преходи, химични реакции, транспортни явления и дори черни дупки. Термодинамиката е важна за други области на физиката и химията, химическото инженерство, аерокосмическото инженерство, машинното инженерство, клетъчната биология, биомедицинското инженерство, науката за материалите и е полезна в други области като икономиката [

11 билет ЕЛЕКТРОДИНАМИКА

Електродинамика- раздел от физиката, който изучава електромагнитното поле в най-общия случай (тоест се разглеждат зависими от времето променливи полета) и неговото взаимодействие с тела, които имат електрически заряд (електромагнитно взаимодействие). Предметът на електродинамиката включва връзката между електрически и магнитни явления, електромагнитно излъчване (при различни условия, както свободно, така и в различни случаи на взаимодействие с материята), електрически ток (най-общо казано, променлив) и неговото взаимодействие с електромагнитно поле (електрически ток може да се разглежда при това като набор от движещи се заредени частици). Всяко електрическо и магнитно взаимодействие между заредени тела се разглежда в съвременната физика като осъществяващо се чрез електромагнитното поле и следователно също е предмет на електродинамиката.

Най-често под термина електродинамикапо подразбиране е класическиелектродинамика, която описва само непрекъснатите свойства на електромагнитното поле чрез система от уравнения на Максуел; за обозначаване на съвременната квантова теория на електромагнитното поле и неговото взаимодействие със заредени частици обикновено се използва стабилният термин квантова електродинамика.

12 билет ПОНЯТИЕ ЗА СИМЕТРИЯ В ПРИРОДНИТЕ НАУКИ

Теоремата на Еми Ньотертвърди, че всяка непрекъсната симетрия на физическа система съответства на определен закон за запазване. По този начин законът за запазване на енергията съответства на хомогенността на времето, законът за запазване на импулса на хомогенността на пространството, законът за запазване на ъгловия импулс на изотропията на пространството, законът за запазване на електрическия заряд на калибровъчната симетрия и т.н.

Теоремата обикновено се формулира за системи с функционал на действие и изразява инвариантността на лагранжиана по отношение на някаква непрекъсната група от трансформации.

Теоремата е установена в трудовете на учените от Гьотингенската школа Д. Гилбърт, Ф. KleinaiE. Ньотер. Най-често срещаната формулировка е доказана от Еми Ньотер през 1918 г.

Типове симетрия, открити в математиката и природните науки:

двустранна симетрия - симетрия по отношение на огледалното отражение. (Двустранна симетрия)

симетрия от n-ти ред - симетрия по отношение на завъртания под ъгъл от 360 ° / n около всяка ос. Описва се от групата Z n .

аксиална симетрия (радиална симетрия, радиална симетрия) - симетрия по отношение на завъртания на произволен ъгъл около ос. Описва се от групата SO(2).

сферична симетрия - симетрия по отношение на завъртания в триизмерното пространство през произволни ъгли. Описва се от групата SO(3). Локалната сферична симетрия на пространството или средата се нарича още изотропия.

ротационната симетрия е обобщение на предишните две симетрии.

транслационна симетрия - симетрия по отношение на изместване на пространството във всяка посока на определено разстояние.

Лоренц инвариантност - симетрия по отношение на произволни ротации в пространство-времето на Минковски.

Калибровната инвариантност е независимостта на вида на уравненията на калибровъчните теории в квантовата теория на полето (по-специално теориите на Янг-Милс) при калибровъчни трансформации.

суперсиметрия - симетрията на теорията по отношение на заместването на бозоните с фермиони.

висша симетрия – симетрия в груповия анализ.

Кайносиметрията е явление на електронната конфигурация (терминът е въведен от С. А. Шчукарев, който го открива), което определя вторичната периодичност (открита от Е. В. Бирон).

13 билетна станция

Специална теория на относителността(СТО; също частна теория на относителността) е теория, която описва движението, законите на механиката, пространствено-времевите отношения при произволни скорости на движение, които са по-малки от скоростта на светлината във вакуум, включително тези, близки до скоростта на светлината. В рамките на специалната теория на относителността класическата механика на Нютон е приближение на ниските скорости. Обобщението на СТО за гравитационните полета се нарича обща теория на относителността.

Отклоненията в хода на физическите процеси от предсказанията на класическата механика, описани от специалната теория на относителността, се наричат релативистични ефекти, а скоростите, при които тези ефекти стават значителни, са релативистични скорости.

14 OTO билет

Обща теория на относителността(обща теория на относителността; то. allgemeine Relativitätstheorie) е геометрична теория на гравитацията, която развива специалната теория на относителността (SRT), публикувана от Алберт Айнщайн през 1915-1916 г. В рамките на общата теория на относителността, както и в други метрични теории, се постулира, че гравитационните ефекти се дължат на несилово взаимодействие на тела и полета, разположени в пространство-времето, а на деформацията на самото пространство-време, което се свързва по-специално с наличието на маса-енергия. Общата теория на относителността се различава от другите метрични теории за гравитацията, като използва уравненията на Айнщайн за свързване на кривината на пространство-времето с материята, присъстваща в него.

Общата теория на относителността в момента е най-успешната теория на гравитацията, добре подкрепена от наблюдения. Първият успех на общата теория на относителността беше да обясни аномалната прецесия на перихелия на Меркурий. След това, през 1919 г., Артър Едингтън съобщава за наблюдение на отклонението на светлината близо до Слънцето по време на пълно затъмнение, което качествено и количествено потвърждава прогнозите на общата теория на относителността. Оттогава много други наблюдения и експерименти потвърдиха значителен брой от прогнозите на теорията, включително гравитационно забавяне на времето, гравитационно червено отместване, забавяне на сигнала в гравитационно поле и, досега само индиректно, гравитационно излъчване. Освен това множество наблюдения се тълкуват като потвърждение на едно от най-мистериозните и екзотични предсказания на общата теория на относителността - съществуването на черни дупки.

Въпреки зашеметяващия успех на общата теория на относителността, в научната общност съществува дискомфорт, свързан, първо, с факта, че тя не може да бъде преформулирана като класическа граница на квантовата теория, и второ, с факта, че самата теория сочи границите на неговата приложимост, тъй като предсказва появата на неотстраними физически различия при разглеждане на черни дупки и като цяло пространствено-времеви сингулярности. За решаването на тези проблеми са предложени редица алтернативни теории, някои от които също са квантови. Настоящите експериментални доказателства обаче показват, че всеки вид отклонение от общата теория на относителността трябва да бъде много малко, ако изобщо съществува.

15 билета РАЗШИРЕНИЕ НА ВСЕЛЕНАТА. ЗАКОН НА ХЪБЪЛ

Разширяване на Вселената- явление, изразяващо се в почти равномерно и изотропно разширяване на космическото пространство в мащаба на цялата Вселена. Експериментално разширяването на Вселената се наблюдава под формата на изпълнение на закона на Хъбъл. Науката смята така наречения Голям взрив за началото на разширяването на Вселената. Теоретично явлението е предсказано и обосновано от А. Фридман на ранен етап от развитието на общата теория на относителността от общи философски съображения за хомогенността и изотропността на Вселената.

Закон на Хъбъл(законът за общата рецесия на галактиките) е емпиричен закон, който свързва червеното отместване на галактиката с разстоянието до тях по линеен начин:

където z- червено отместване на галактиката д- разстояние до него з 0 е фактор на пропорционалност, наречен константа на Хъбъл. С малка стойност zважи приблизителното равенство cz=V r, където V rе скоростта на галактиката по линията на видимост на наблюдателя, ° С- скоростта на светлината. В този случай законът приема класическата форма:

Тази възраст е характерното време на разширяването на Вселената в момента и до коефициент 2 съответства на възрастта на Вселената, изчислена с помощта на стандартния космологичен модел на Фридман.

16 билет МОДЕЛ ФРИДМАН

Вселената на Фридман(Метриката на Фридман-Льометр-Робъртсън-Уокър) е един от космологичните модели, които отговарят на уравненията на полето на общата теория на относителността, първият от нестационарните модели на Вселената. Получено от Александър Фридман през 1922 г. Моделът на Фридман описва хомогенна изотропна нестационарниВселена с материя, която има положителна, нулева или отрицателна постоянна кривина. Тази работа на учения се превърна в основното теоретично развитие на общата теория на относителността след работата на Айнщайн през 1915-1917 г.

гравитационна сингулярност- областта на пространство-времето, през която е невъзможно да се продължи геодезическата линия. Често в него кривината на пространствено-времевия континуум се превръща в безкрайност или метриката има други патологични свойства, които не позволяват физическа интерпретация (напр. космологична сингулярност- състоянието на Вселената в началния момент на Големия взрив, характеризиращо се с безкрайна плътност и температура на материята);

17 билет ТЕОРИЯ ЗА ГОЛЕМИЯ ВЗРИВ.РЕЛИКТОВО ИЗЛЪЧВАНЕ

Реликтово излъчване(или космическо микровълново фоново лъчениеот английски космическо микровълново фоново лъчение) - космическо електромагнитно лъчение с висока степен на изотропност и със спектър, характерен за абсолютно черно тяло с температура 2,725 K.

Съществуването на CMB е предсказано теоретично в рамките на теорията за Големия взрив. Въпреки че много аспекти на оригиналната теория за Големия взрив вече са преработени, основите, които направиха възможно предсказването на температурата на CMB, не са се променили. Смята се, че реликтовото излъчване се е запазило от началните етапи на съществуването на Вселената и равномерно я изпълва. Съществуването му е експериментално потвърдено през 1965 г. Наред с космологичното червено отместване, космическото микровълново фоново лъчение се счита за едно от основните потвърждения на теорията за Големия взрив.

Голям взрив(Английски) голям взрив) е космологичен модел, описващ ранното развитие на Вселената, а именно началото на разширяването на Вселената, преди което Вселената е била в сингулярно състояние.

Обикновено сега автоматично комбинират теорията за Големия взрив и модела на горещата Вселена, но тези концепции са независими и исторически е имало и концепция за студена първоначална Вселена близо до Големия взрив. По-нататък се разглежда комбинацията от теорията за Големия взрив с теорията за горещата Вселена, подкрепена от съществуването на космическо микровълново фоново лъчение.

18 билет КОСМИЧЕСКИ ВАКУУМ

Вакуум(отн. вакуум- void) - пространство, свободно от материя. В инженерството и приложната физика вакуумът се разбира като среда, съдържаща газ при налягане доста под атмосферното. Вакуумът се характеризира със съотношението между средния свободен път на газовите молекули λ и характерния размер на средата д. Под дможе да се вземе разстоянието между стените на вакуумната камера, диаметъра на вакуумния тръбопровод и т. н. В зависимост от стойността на отношението λ / дразграничете нисък (), среден () и висок () вакуум.

Необходимо е да се прави разлика между понятията физически вакууми технически вакуум.

19 билет КВАНТОВА МЕХАНИКА

Квантова механика- раздел от теоретичната физика, който описва физически явления, при които действието е сравнимо по величина с константата на Планк. Прогнозите на квантовата механика могат да се различават значително от прогнозите на класическата механика. Тъй като константата на Планк е изключително малка в сравнение с действието на ежедневните обекти, квантовите ефекти се проявяват предимно само в микроскопични мащаби. Ако физическото действие на системата е много по-голямо от константата на Планк, квантовата механика влиза органично в класическата механика. На свой ред, квантовата механика е нерелативистично приближение (тоест приближение на малки енергии в сравнение с енергията на покой на масивните частици на системата) на квантовата теория на полето.

Класическата механика, която добре описва системи от макроскопични мащаби, не е в състояние да опише явления на ниво атоми, молекули, електрони и фотони. Квантовата механика описва адекватно основните свойства и поведение на атоми, йони, молекули, кондензирана материя и други системи с електронно-ядрена структура. Квантовата механика също е в състояние да опише поведението на електрони, фотони и други елементарни частици, но по-точно релативистично инвариантно описание на трансформациите на елементарните частици е изградено в рамките на квантовата теория на полето. Експериментите потвърждават резултатите, получени с помощта на квантовата механика.

Основните понятия на квантовата кинематика са понятията за наблюдаема величина и състояние.

Основните уравнения на квантовата динамика са уравнението на Шрьодингер, уравнението на фон Нойман, уравнението на Линдблад, уравнението на Хайзенберг и уравнението на Паули.

Уравненията на квантовата механика са тясно свързани с много клонове на математиката, включително: теория на операторите, теория на вероятностите, функционален анализ, операторни алгебри, теория на групите.

Изцяло черно тяло- физическа идеализация, използвана в термодинамиката, тяло, което абсорбира цялото падащо върху него електромагнитно лъчение във всички диапазони и не отразява нищо. Въпреки името, самото черно тяло може да излъчва електромагнитно излъчване с всякаква честота и визуално да има цвят.Спектърът на излъчване на черното тяло се определя само от неговата температура.

Значението на черното тяло във въпроса за спектъра на топлинното излъчване на всякакви (сиви и цветни) тела като цяло, освен че е най-простият нетривиален случай, е и във факта, че въпросът за равновесния спектър на топлинно излъчване на тела с всякакъв цвят и коефициент на отражение се свежда чрез методите на класическата термодинамика до въпроса за излъчване от абсолютно черно тяло (и исторически това вече е направено в края на 19 век, когато проблемът за излъчване от абсолютно черно тяло тялото излезе на преден план).

Най-черните реални вещества, например саждите, абсорбират до 99% от падащото лъчение (т.е. имат албедо, равно на 0,01) във видимия диапазон на дължината на вълната, но абсорбират инфрачервеното лъчение много по-зле. Сред телата на Слънчевата система Слънцето в най-голяма степен притежава свойствата на абсолютно черно тяло.

Терминът е въведен от Густав Кирхоф през 1862 г.

20 билета ПРИНЦИПИ НА КВАНТОВАТА МЕХАНИКА

Всички проблеми на съвременната физика могат да бъдат разделени на две групи: проблемите на класическата физика и проблемите на квантовата физика.Когато изучаваме свойствата на обикновените макроскопични тела, човек почти никога не се сблъсква с квантови проблеми, тъй като квантовите свойства стават осезаеми само в микрокосмоса. . Следователно физиката от 19-ти век, която изучаваше само макроскопични тела, изобщо не познаваше квантовите процеси. Това е класическата физика. Характерно за класическата физика е, че тя не отчита атомистичната структура на материята. Сега обаче развитието на експерименталната технология разшири границите на нашето познаване на природата толкова широко, че сега знаем, и освен това, в големи подробности, строгостта на отделните атоми и молекули. Съвременната физика изучава атомната структура на материята и следователно принципите на старата класическа физика от 19 век. трябваше да се промени в съответствие с новите факти и да се промени радикално. Тази промяна в принципите е преходът към квантовата физика.

21 билета КОРПУСКУЛАРНО-ВЪЛНОВ ДУАЛИЗЪМ

Корпускулярно-вълнов дуализъм- принципът, че всеки обект може да проявява свойства както на вълни, така и на частици. Той е въведен по време на развитието на квантовата механика, за да интерпретира наблюдаваните в микрокосмоса явления от гледна точка на класическите концепции. По-нататъшно развитие на принципа на дуалността вълна-частица беше концепцията за квантуваните полета в квантовата теория на полето.

Като класически пример светлината може да се тълкува като поток от корпускули (фотони), които в много физически ефекти проявяват свойствата на електромагнитни вълни. Светлината проявява свойствата на вълна в явленията на дифракция и интерференция в мащаби, сравними с дължината на вълната на светлината. Например дори нежененфотоните, преминаващи през двойния процеп, създават интерференчен модел на екрана, определен от уравненията на Максуел.

Въпреки това експериментът показва, че фотонът не е кратък импулс на електромагнитно излъчване, например не може да бъде разделен на няколко лъча чрез оптични разделители на лъчи, което беше ясно показано от експеримент, проведен от френските физици Гранжие, Роже и Аспе през 1986 г. Корпускулярните свойства на светлината се проявяват във фотоелектричния ефект и в ефекта на Комптън. Фотонът също се държи като частица, която се излъчва или поглъща изцяло от обекти, чиито размери са много по-малки от неговата дължина на вълната (например атомни ядра), или като цяло може да се счита за точков (например електрон).

В момента концепцията за двойствеността на вълната и частицата е само от исторически интерес, тъй като тя служи само като интерпретация, начин да се опише поведението на квантовите обекти, като се избират аналогии от класическата физика за него. Всъщност квантовите обекти не са нито класически вълни, нито класически частици, като придобиват свойствата на първите или на вторите само в някакво приближение. Методологически по-правилно е формулирането на квантовата теория в термините на интегралите по пътя (пропагатор), освободени от използването на класически концепции.

22 билета КОНЦЕПЦИЯТА ЗА СТРУКТУРАТА НА АТОМА. МОДЕЛИ НА АТОМА

Модел на Томсън на атома(модел "Пудинг със стафиди", англ. модел пудинг със сливи).J. Дж. Томсън предложи атомът да се разглежда като някакво положително заредено тяло с електрони, затворени вътре в него. Най-накрая беше опровергано от Ръдърфорд след известния му експеримент върху разсейването на алфа частици.

Ранният планетарен модел на атома на Нагаока. През 1904 г. японският физик Хантаро Нагаока предлага модел на атома, изграден по аналогия с планетата Сатурн. В този модел електроните, обединени в пръстени, се въртят около малко положително ядро в орбити. Моделът се оказа грешен.

Планетарен модел на атома на Бор-Ръдърфорд. През 1911 г. Ърнест Ръдърфорд, след като прави серия от експерименти, стига до заключението, че атомът е вид планетарна система, в която електроните се движат по орбити около тежко положително заредено ядро, разположено в центъра на атома („моделът на Ръдърфорд на атомът"). Подобно описание на атома обаче влезе в конфликт с класическата електродинамика. Факт е, че според класическата електродинамика електронът, когато се движи с центростремително ускорение, трябва да излъчва електромагнитни вълни и следователно да губи енергия. Изчисленията показаха, че времето, необходимо на един електрон в такъв атом да падне върху ядрото, е абсолютно незначително. За да обясни стабилността на атомите, Нилс Бор трябваше да въведе постулати, които се свеждаха до факта, че електрон в атом, намиращ се в някакво специално енергийно състояние, не излъчва енергия („моделът на атома на Бор-Ръдърфорд“). Постулатите на Бор показват, че класическата механика не е приложима за описание на атома. По-нататъшното изследване на излъчването на атома доведе до създаването на квантовата механика, което направи възможно обяснението на огромното мнозинство от наблюдаваните факти.

атом(др.гръцки ἄτομος- неделим) - най-малката химически неделима част от химичен елемент, която е носител на свойствата му. Атомът се състои от атомно ядро и електрони. Ядрото на атома се състои от положително заредени протони и незаредени неутрони. Ако броят на протоните в ядрото съвпада с броя на електроните, тогава атомът като цяло е електрически неутрален. В противен случай той има някакъв положителен или отрицателен заряд и се нарича йон. Атомите се класифицират според броя на протоните и неутроните в ядрото: броят на протоните определя дали даден атом принадлежи към определен химичен елемент, а броят на неутроните определя изотопа на този елемент.

Атомите от различни видове в различни количества, свързани с междуатомни връзки, образуват молекули.

23 билета ФУНДАМЕНТАЛНИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Фундаментални взаимодействия- качествено различни видове взаимодействие на елементарни частици на съставени от тях тела.

Днес съществуването на четири основни взаимодействия е надеждно известно:

земно притегляне

електромагнитни

силен

слаб

В същото време електромагнитните и слабите взаимодействия са проява на единично електрослабо взаимодействие.

В ход са търсения на други типове фундаментални взаимодействия, както във феномените на микросвета, така и в космически мащаб, но досега не е открит друг тип фундаментално взаимодействие.

Във физиката механичната енергия се разделя на два вида - потенциална и кинетична енергия. Причината за промяната в движението на телата (промени в кинетичната енергия) е силата (потенциалната енергия) (вижте втория закон на Нютон) Изследвайки света около нас, можем да забележим голямо разнообразие от сили: гравитация, напрежение на нишката, сила на компресия на пружината, сила на сблъсък на тела, сила на триене, сила на въздушно съпротивление, сила на експлозия и т.н. Въпреки това, когато атомната структура на материята беше изяснена, стана ясно, че цялото разнообразие от тези сили е резултат от взаимодействието на атомите един с друг. Тъй като основният тип междуатомно взаимодействие е електромагнитното, се оказа, че повечето от тези сили са просто различни прояви на електромагнитно взаимодействие. Едно от изключенията е например силата на гравитацията, която се причинява от гравитационното взаимодействие между тела, които имат маса.

24 билет ЕЛЕМЕНТАРНИ ЧАСТИЦИ И ТЕХНИТЕ СВОЙСТВА

Елементарна частица- сборен термин, отнасящ се до микрообекти в подядрен мащаб, които не могат да бъдат разчленени на съставни части.

Трябва да се има предвид, че някои елементарни частици (електрон, фотон, кварки и др.) в момента се считат за безструктурни и се считат за първични фундаментални частици. Други елементарни частици (т.нар съставни частици-протон, неутрон и т.н.) имат сложна вътрешна структура, но въпреки това според съвременните концепции е невъзможно да се разделят на части (виж Затвор).

Структурата и поведението на елементарните частици се изучава от физиката на елементарните частици.

Основна статия:Кварки

Кварките и антикварките никога не са били намирани в свободно състояние - това се обяснява с феномена на конфайнмента. Въз основа на симетрията между лептони и кварки, която се проявява в електромагнитно взаимодействие, се излагат хипотези, че тези частици се състоят от по-фундаментални частици - преони.

25 билет КОНЦЕПЦИЯ ЗА БИФУРКАЦИЯ ТОЧКА НА БИФУРКАЦИЯ

Бифуркацията е придобиването на ново качество в движенията на динамична система с малка промяна в нейните параметри.

Централната концепция на бифуркационната теория е концепцията за (не)груба система (виж по-долу). Взема се всяка динамична система и се разглежда такова (много)параметрично семейство от динамични системи, че оригиналната система се получава като частен случай - за всяка една стойност на параметъра (параметрите). Ако качествената картина на разделянето на фазовото пространство на траектории се запазва за стойността на параметрите, достатъчно близка до дадената, тогава такава система се нарича груб. В противен случай, ако такъв квартал не съществува, тогава системата се извиква груб.

По този начин в пространството на параметрите се появяват области от грапави системи, които са разделени от повърхности, състоящи се от негруби системи. Теорията на бифуркациите изучава зависимостта на качествената картина, когато параметърът се променя непрекъснато по определена крива. Схемата, по която се променя качествената картина, се нарича бифуркационна диаграма.

Основните методи на теорията на бифуркациите са методите на теорията на смущенията. По-специално се прилага метод с малък параметър(Понтрягин).

точка на бифуркация- промяна на установения режим на работа на системата. Термин от неравновесната термодинамика и синергетика.

точка на бифуркация- критичното състояние на системата, при което системата става нестабилна по отношение на флуктуациите и възниква несигурност: ще стане ли състоянието на системата хаотично или ще премине към ново, по-диференцирано и високо ниво на ред. Термин от теорията на самоорганизацията.

26 билета СИНЕРГЕТИКА - НАУКА ЗА ОТВОРЕНИ САМООРГАНИЗИРАЩИ СЕ СИСТЕМИ

Синергетика(друг гръцки συν-- префикс със значението на съвместимост и ἔργον- "дейност") - интердисциплинарна област на научните изследвания, чиято задача е да изучава природни явления и процеси въз основа на принципите на самоорганизацията на системите (състояща се от подсистеми). „... Наука, която изучава процесите на самоорганизация и възникването, поддържането, стабилността и разпадането на структури от най-разнообразен характер ...“.

Синергетиката първоначално е обявена за интердисциплинарен подход, тъй като принципите, управляващи процесите на самоорганизация, изглеждат едни и същи (независимо от естеството на системите) и общ математически апарат трябва да е подходящ за тяхното описание.

От идеологическа гледна точка синергетиката понякога се позиционира като „глобален еволюционизъм“ или „универсална теория на еволюцията“, която дава единна основа за описание на механизмите за възникване на всякакви иновации, точно както някога кибернетиката беше определена като „универсален контрол“. теория”, еднакво подходяща за описание на всякакви операции по регулиране и оптимизация: в природата, в технологиите, в обществото и т.н., и т.н. Времето обаче показа, че общият кибернетичен подход далеч не е оправдал всички възлагани на него надежди. По същия начин широкото тълкуване на приложимостта на синергичните методи също е критикувано.

Основната концепция на синергетиката е дефинирането на структурата като държави, възникващи в резултат на многовариантното и двусмислено поведение на такива многоелементни структури или многофакторни среди, които не се деградират до термодинамичния стандарт за осредняване на затворени системи, но се развиват поради отвореност, приток на енергия отвън, нелинейност на вътрешните процеси, поява на специални режими с изостряне и наличие на повече от едно стабилно състояние. В посочените системи не са приложими нито вторият закон на термодинамиката, нито теоремата на Пригожин за минималната скорост на производство на ентропия, което може да доведе до образуването на нови структури и системи, включително по-сложни от първоначалните.

Това явление се интерпретира от синергетиката като общ механизъм на посоката на еволюцията, наблюдавана навсякъде в природата: от елементарни и примитивни до сложни и по-съвършени.

В някои случаи образуването на нови структури има закономерен, вълнов характер и тогава те се наричат автовълнови процеси (по аналогия на автоколебанията).

27 билет КОНЦЕПЦИЯТА ЗА ЖИВОТА ПРОБЛЕМЪТ ЗА ПРОИЗХОДА НА ЖИВОТА

живот- активната форма на съществуване на веществото, в известен смисъл, най-високата в сравнение с неговите физически и химични форми на съществуване; съвкупност от физични и химични процеси, протичащи в клетката, позволяващи обмен на материя и нейното делене. Основният атрибут на живата материя е генетичната информация, използвана за репликация. Повече или по-малко точно дефиниране на понятието "живот" може само да се изброят качествата, които го отличават от не-живот. Животът не съществува извън клетката, вирусите проявяват свойствата на живата материя само след прехвърлянето на генетичен материал в клетката [ източникът не е посочен 268 дни] . Приспособявайки се към околната среда, живата клетка образува цялото разнообразие от живи организми.

Също така думата "живот" се разбира като период на съществуване на един организъм от момента на възникване до неговата смърт (онтогенеза).

През 1860 г. френският химик Луи Пастьор се заема с проблема за произхода на живота. Чрез експериментите си той доказа, че бактериите са повсеместни и че неживите материали могат лесно да бъдат замърсени от живи същества, ако не са правилно стерилизирани. Ученият сварява във вода различни среди, в които могат да се образуват микроорганизми. Допълнителното кипене убива микроорганизмите и техните спори. Пастьор прикрепи запечатана колба със свободен край към S-образната тръба. Спорите на микроорганизмите се установяват върху извита тръба и не могат да проникнат в хранителната среда. Добре сварената хранителна среда остава стерилна, в нея не се открива живот, въпреки че е осигурен достъп на въздух.

В резултат на поредица от експерименти Пастьор доказва валидността на теорията за биогенезата и накрая опровергава теорията за спонтанното зараждане.

28 билет КОНЦЕПЦИЯТА ЗА ПРОИЗХОДА НА ЖИВОТА НА ОПАРИН

Сър ИСАК НЮТОН (4 януари 1643 г. - 31 март 1727 г.) - изключителен английски учен, положил основите на съвременната естествознание, създател на класическата физика, член на Кралското общество в Лондон и негов президент (от 1703 г.). Роден в Woolsthorpe. Завършва Кеймбриджкия университет през 1665 г. През март-юни 1666 г. Нютон посещава Кеймбридж. През лятото обаче нова вълна от чума го принуди отново да напусне дома си. Накрая, в началото на 1667 г., епидемията утихва и през април Нютон се завръща в Кеймбридж. На 1 октомври той е избран за сътрудник на колежа Тринити, а през 1668 г. става магистър. Дадена му е просторна самостоятелна стая, в която да живее, заплата от £2 на година и група студенти, с които той съвестно изучава стандартни предмети по няколко часа седмично. Въпреки това нито тогава, нито по-късно Нютон се прочу като учител, лекциите му бяха слабо посещавани. един

След като консолидира позицията си, Нютон пътува до Лондон, където малко преди това, през 1660 г., е създадено Лондонското кралско общество - авторитетна организация от видни учени, една от първите академии на науките. Печатният орган на Кралското общество беше списанието Philosophical Transactions.

През 1669 г. в Европа започват да се появяват математически трудове, използващи разширения в безкрайни серии. Въпреки че дълбочината на тези открития не можеше да се сравни с това на Нютон, Бароу настоя неговият ученик да определи своя приоритет по този въпрос. 2 ______________________________

1. https://ru.wikipedia.org/

2. Акройд П. „Исак Нютон. Биография“. - М.: Колибри, Азбука-Атикус, 2011

Нютон написа кратко, но доста пълно резюме на тази част от своите открития, което той нарече „Анализ чрез уравнения с безкраен брой членове“. Бароу изпраща този трактат в Лондон. Нютон помоли Бароу да не разкрива името на автора на произведението (но все пак го изпусна). „Анализът“ се разпространи сред специалистите и придоби известност в Англия и извън нея.

През същата година Бароу приема поканата на краля да стане придворен свещеник и напуска преподаването. На 29 октомври 1669 г. 26-годишният Нютон е избран за негов приемник, професор по математика и оптика в колежа Тринити, с висока заплата от £100 годишно. Бароу оставил на Нютон обширна алхимична лаборатория; през този период Нютон се интересува сериозно от алхимията, провежда много химични експерименти Нютон формулира основните закони на класическата механика, открива закона за всемирното привличане, дисперсията на светлината, развива корпускулярната теория на светлината, развива диференциално и интегрално смятане . Обобщавайки резултатите от изследванията на своите предшественици в областта на механиката и своите собствени, Нютон създава огромен труд "Математически принципи на естествената философия" ("Начала"), публикуван през 1687 г. "Начала" съдържаше основните понятия на класическата механика, по-специално понятията: маса, импулс, сила, ускорение, центростремителна сила и три закона на движението. В същата работа е даден неговият закон за всемирното притегляне, въз основа на който Нютон обяснява движението на небесните тела и създава теорията за гравитацията. 1 Откриването на този закон окончателно потвърди победата на учението на Коперник. Той показа, че трите закона на Кеплер следват от закона за всемирното привличане; обясни характеристиките на движението на луната, феномена на процесията; разработи теорията за фигурата на Земята, отбелязвайки, че тя трябва да бъде компресирана на полюсите, _____________________________

1. Акройд П. „Исак Нютон. Биография“. - М.: Колибри, Азбука-Атикус, 2011

теорията на приливите и отливите; разглежда проблема за създаването на изкуствен спътник на Земята и др. Нютон разработи закона за съпротивлението и основния закон за вътрешното триене в течности и газове, даде формула за скоростта на разпространение на вълната.

Изход от колекцията:

ИСТОРИЯ НА ФОРМИРАНЕТОАНАЛИТИЧЕН МЕХАНИКА

Королев Владимир Степанович

Доцент, канд. физ.-мат. науки,

Държавен университет в Санкт Петербург,
Руска федерация, Санкт Петербург

ИСТОРИЯ НА ФОРМИРАНЕТОНА АНАЛИТИЧНИ МЕХАНИКА

Владимир Королев

кандидат по физико-математически науки, асистент,

Санкт Петербургски държавен университет,
Русия, Санкт Петербург

анотация

Разгледани са трудовете на класиците на науката по механика, които са завършени през последните години. Направен е опит да се оцени техният принос за по-нататъшното развитие на науката.

Резюме

Разглеждат се трудовете на класиците на науката по механика, които са изпълнени през последните години. Прави се опит да се оцени техният принос за по-нататъшното развитие на науката.

Ключови думи:история на механиката; развитие на науката.

ключови думи:история на механиката; развитие на науката.

Въведение

Механикае наука за движението. Думите теоретични или аналитични показват, че презентацията не използва постоянна препратка към експеримента, а се извършва чрез математическо моделиране въз основа на аксиоматично приети постулати и твърдения, чието съдържание се определя от дълбоките свойства на материалния свят.

Теоретична механикае фундаменталната основа на научното познание. Трудно е да се направи ясна граница между теоретичната механика и някои клонове на математиката или физиката. Много методи, създадени при решаването на проблемите на механиката, формулирани на вътрешния математически език, получиха абстрактно продължение и доведоха до създаването на нови клонове на математиката и други науки.

Предмет на изучаване на теоретичната механика са отделни материални тела или избрани системи от тела в процеса на тяхното движение и взаимодействие между тях и околния свят при промяна на взаимното им положение в пространството и времето. Общоприето е, че обектите около нас са почти абсолютно твърди тела. Деформируемите тела, течните и газообразните среди почти не се разглеждат или се отчитат косвено чрез влиянието им върху движението на избрани механични системи. Теоретичната механика се занимава с общите модели на механичните форми на движение и изграждането на математически модели за описание на възможното поведение на механичните системи. Тя се основава на законите, установени в експерименти или специални физически експерименти и възприети като аксиоми или истина, която не изисква доказателство, и също така използва голям набор от фундаментални (общи за много клонове на науката) и специални понятия и определения. Те са само приблизително верни и са поставени под въпрос, което доведе до появата на нови теории и насоки за по-нататъшни изследвания. Не ни е дадено идеално неподвижно пространство или неговата метрика, както и процеси на равномерно движение, които могат да се използват за броене на абсолютно точни времеви интервали.

Като наука се заражда през IV в. пр. н. е. в трудовете на древногръцки учени, като знанията се натрупват заедно с физиката и математиката, активно се развиват от различни философски школи до I век и се обособяват като самостоятелно направление. Към днешна дата са се оформили много научни направления, тенденции, методи и изследователски възможности, които създават отделни хипотези или теории за описание и моделиране на базата на цялото натрупано знание. Много постижения на природните науки развиват или допълват основните понятия в проблемите на механиката.Това пространство, което се определя от размерите и структурата, материяили вещество, което изпълва пространството, трафиккато форма на съществуване на материята, енергиякато една от основните характеристики на движението.

Основателите на класическата механика

· архитектТарентски (428-365 г. пр. н. е.), представител на Питагорейската философска школа, е един от първите, които разработват проблемите на механиката.

· Платон(427-347), ученик на Сократ, разработва и обсъжда много проблеми в рамките на философската школа, създава теорията за идеалния свят и учението за идеалната държава.

· Аристотел(384-322), ученик на Платон, формира общите принципи на движението, създава теорията за движението на небесните сфери, принципа на виртуалните скорости, смята източника на движение за сили, дължащи се на външни влияния.

Снимка 1.

· Евклид(340-287), формулира много математически постулати и физически хипотези, полага основите на геометрията, която се използва в класическата механика.

· Архимед(287-212), полага основите на механиката и хидростатиката, теорията на простите машини, изобретява Архимедовия винт за водоснабдяване, лоста и много различни подемни и военни машини.

Фигура 2.

· Хипарх(180-125), създава теорията за движението на Луната, обяснява видимото движение на Слънцето и планетите и въвежда географските координати.

· ЧаплаАлександрийски (1 век пр.н.е.), изследва повдигащи механизми и устройства, изобретява автоматични врати, парна турбина, пръв създава програмируеми устройства, изучава хидростатика и оптика.

· Птолемей(100-178 г. сл. Хр.), механик, оптик, астроном, предложил геоцентрична система на света, изучавал видимото движение на Слънцето, Луната и планетите.

Фигура 3

Науката е доразвита през възражданев изследванията на много европейски учени.

· Леонардо да Винчи(1452-1519), универсална творческа личност, направи много теоретична и практическа механика, изучава механиката на човешките движения и полета на птиците.

· Никола Коперник(1473-1543), разработва хелиоцентричната система на света и я публикува в „За революцията на небесните сфери“.

· Тихо Брахе(1546-1601), оставил най-точните наблюдения на движението на небесните тела, опитал се да комбинира системите на Птолемей и Коперник, но в неговия модел Слънцето и Луната се въртели около Земята, а всички други планети около Слънцето.

Фигура 4

· Галилео Галилей(1564-1642), провежда изследвания върху статиката, динамиката и механиката на материалите, очертава най-важните принципи и закони, които очертават пътя към създаването на нова динамика, изобретява телескопа и открива спътниците на Марс и Юпитер.

Фигура 5

· Йоханес Кеплер(1571-1630), предложил законите за движението на планетите и положил основите на небесната механика. Откриването на законите на движението на планетите е направено от резултатите от обработката на таблиците с наблюдения на астронома Тихо Брахе.

Фигура 6

Основателите на аналитичната механика

Аналитичен Механикае създаден от труда на представители на три поколения, следващи почти плътно едно друго.

От 1687 г. датира публикацията на "Принципи на математиката на естествената философия" на Нютон. В годината на смъртта си двайсетгодишният Ойлер публикува първата си статия за приложението на математическия анализ в механиката. Дълги години той живее в Санкт Петербург, публикува стотици научни трудове и така допринася за формирането на Руската академия на науките. Пет години след Ойлер. Лагранж публикува Analytical Dynamics на 52-годишна възраст. Ще минат още 30 години и ще бъдат публикувани трудовете по аналитична динамика на трима известни съвременници: Хамилтън, Остроградски и Якоби. Основното си развитие механиката получава в изследванията на европейски учени.

· Кристиян Хюйгенс(1629-1695), изобретил часовника с махало, закона за разпространение на трептенията, разработил вълновата теория на светлината.

· Робърт Хук(1635-1703), изучава теорията на планетарните движения, изразява идеята за закона за всемирната гравитация в писмото си до Нютон, изучава налягането на въздуха, повърхностното напрежение на течността, открива закона за деформация на еластичните тела.

Фигура 7. Робърт Хук

· Исак Нютон(1643-1727), създава основите на съвременната теоретична механика, в основната си работа "Математически принципи на естествената философия" обобщава резултатите от своите предшественици, дава определения на основните понятия и формулира основните закони, извършва обосновката и получава общо решение на проблема с две тела. Преводът от латински на руски е направен от академик А.Н. Крилов.

Фигура 8

· Готфрид Лайбниц(1646-1716), въвежда концепцията за работна сила, формулира принципа на най-малкото действие, изследва теорията за съпротивлението на материалите.

· Йохан Бернули(1667-1748), решава проблема за брахистохрона, развива теорията на ударите, изучава движението на телата в съпротивителна среда.

· Леонард Ойлер(1707-1783), положил основите на аналитичната динамика в книгата "Механиката или науката за движението в аналитично изложение", анализирал случая на движението на тежко твърдо тяло, фиксирано в центъра на тежестта, е основател на хидродинамика, разработи теорията за полета на снаряда, въведе понятието инерционна сила.

Фигура 9

· джин Лерон д'Аламбер(1717-1783), получава общите правила за съставяне на уравненията на движението на материалните системи, изучава движението на планетите, установява основните принципи на динамиката в книгата "Трактат за динамиката".

· Джоузеф Луис Лагранж(1736-1813) в работата си "Аналитична динамика" предлага принципа на възможните премествания, въвежда обобщени координати и дава нова форма на уравненията на движението, открива нов случай на разрешимост на уравненията на въртеливото движение на твърдо тяло.

Трудовете на тези учени завършиха изграждането на основите на съвременната класическа механика, поставиха основата за анализа на безкрайно малките. Разработен е курс по механика, който е представен строго аналитично на базата на общ математически принцип. Този курс се наричаше "аналитична механика". Напредъкът в механиката беше толкова голям, че повлия на философията на времето, което се прояви в създаването на "механизъм".

Развитието на механиката се насърчава и от интереса на астрономи, математици и физици към проблемите на определяне на движението на видимите небесни тела (Луната, планети и комети). Откритията и трудовете на Коперник, Галилей и Кеплер, теорията за движението на Луната от д'Аламбер и Поасон, петтомната Небесна механика от Лаплас и други класици направиха възможно създаването на доста пълна теория за движението в гравитационно поле, което прави възможно прилагането на аналитични и числени методи за изследване на други проблеми на механиката. По-нататъшното развитие на механиката е свързано с трудовете на изключителни учени на своето време.

· Пиер Лаплас(1749-1827), завърши създаването на небесната механика, основана на закона за всемирното привличане, доказа стабилността на слънчевата система, разви теорията на приливите и отливите, изследва движението на луната и определи компресията на земния сфероид , обосновава хипотезата за възникването на Слънчевата система.

Фигура 10.

· Жан Батист Фурие(1768-1830), създава теорията на частичните диференциални уравнения, развива доктрината за представяне на функции под формата на тригонометрични серии, изследва принципа на виртуалната работа.

· Чарлз Гаус(1777-1855), велик математик и механик, публикувал теорията за движението на небесните тела, установил положението на планетата Церера, изучавал теорията на потенциалите и оптиката.

· Луис Поансо(1777-1859), предлага общо решение на проблема за движението на тялото, въвежда концепцията за елипсоид на инерцията, изучава много проблеми на статиката и кинематиката.

· Симеон Поасон(1781-1840), се занимава с решаване на проблеми в гравитацията и електростатиката, обобщава теорията на еластичността и конструирането на уравнения на движение, основани на принципа на живите сили.

· Михаил Василиевич Остроградски(1801-1862), велик математик и механик, неговите трудове са свързани с аналитичната механика, теорията на еластичността, небесната механика, хидромеханиката, изучава общите уравнения на динамиката.

· Карл Густав Якоби(1804-1851), предложи нови решения на уравненията на динамиката, разработи обща теория за интегриране на уравненията на движението, използва каноничните уравнения на механиката и частичните диференциални уравнения.

· Уилям Роуан Хамилтън(1805-1865), довежда уравненията на движение на произволна механична система до канонична форма, въвежда концепцията за кватерниони и вектори, установява общия интегрален вариационен принцип на механиката.

Фигура 11.

· Херман Хелмхолц(1821-1894), даде математическа интерпретация на закона за запазване на енергията, постави основата за широкото приложение на принципа на най-малкото действие към електромагнитни и оптични явления.

· Николай Владимирович Майевски(1823-1892), основател на руската научна школа по балистика, създал теорията за въртеливото движение на снаряда, първият отчел съпротивлението на въздуха.

· Пафнутий Лвович Чебишев(1821-1894), изучава теорията на машините и механизмите, създава парна машина, центробежен регулатор, механизми за ходене и гребане.

Фигура 12.

· Густав Кирхоф(1824-1887), изучава деформацията, движението и баланса на еластични тела, работи върху логическото изграждане на механиката.

· София Василиевна Ковалевская(1850-1891), се занимава с теорията на въртеливото движение на тяло около фиксирана точка, открива третия класически случай на решаване на проблема, изучава проблема на Лаплас за равновесието на пръстените на Сатурн.

Фигура 13.

· Хенри Херц(1857-1894), основните трудове са посветени на електродинамиката и общите теореми на механиката, основани на един принцип.

Съвременно развитие на механиката

През двадесети век те са били и все още са ангажирани с решаването на много нови проблеми в механиката. Това беше особено активно след появата на съвременните компютърни инструменти. На първо място, това са нови сложни проблеми на контролираното движение, космическата динамика, роботиката, биомеханиката, квантовата механика. Възможно е да се отбележи работата на изключителни учени, много научни училища на университети и изследователски екипи в Русия.

· Николай Егорович Жуковски(1847-1921), основателят на аеродинамиката, изучава движението на твърдо тяло с фиксирана точка и проблема за стабилността на движението, извежда формула за определяне на подемната сила на крило и изучава теорията на удара.

Фигура 14.

· Александър Михайлович Ляпунов(1857-1918), основните трудове са посветени на теорията за стабилността на равновесието и движението на механичните системи, основателят на съвременната теория на стабилността.

· Константин Едуардович Циолковски(1857-1935), основател на съвременната астронавтика, аеродинамика и ракетна динамика, създава теорията за корабите на въздушна възглавница и теорията за движението на едностепенни и многостепенни ракети.

· Иван Всеволодович Мещерски(1859-1935), изучава движението на тела с променлива маса, съставя сборник от задачи по механика, който се използва и до днес.

Фигура 15.

· Алексей Николаевич Крилов(1863-1945), основните изследвания са свързани със строителната механика и корабостроенето, непотопяемостта на кораба и неговата устойчивост, хидромеханика, балистика, небесна механика, теория на реактивното задвижване, теория на жироскопите и числени методи, преведени на руски език произведенията на много класици на науката.

· Сергей Алексеевич Чаплыгин(1869-1942), чиито основни трудове са свързани с неголономната механика, хидродинамиката, теорията на авиацията и аеродинамиката, дава пълно решение на проблема за въздействието на въздушния поток върху обтекаемо тяло.

· Алберт Айнщайн(1879-1955), формулира специалната и общата теория на относителността, създава нова система от пространствено-времеви отношения и показва, че гравитацията е израз на нехомогенността на пространството и времето, която се поражда от наличието на материя.

· Александър Александрович Фридман(1888-1925), създава модел на нестационарна вселена, където предсказва възможността за разширяване на Вселената.

· Николай Гуревич Четаев(1902-1959) изучава свойствата на смутените движения на механични системи, проблемите на стабилността на движението, доказа основните теореми за нестабилността на равновесието.

Фигура 16.

· Лев Семенович Понтрягин(1908-1988) изследва теорията на трептенията, вариационното смятане, теорията на управлението, създател на математическата теория на оптималните процеси.

Фигура 17.

Възможно е дори в древни времена и последващи периоди да е имало центрове на знания, научни школи и области на изследване на науката и културата на народи или цивилизации: арабски, китайски или индийски в Азия, народът на маите в Америка, където се появяват постиженията , но европейските философски и научни школи се развиват по специален начин, без винаги да обръщат внимание на откритията или теориите на други изследователи. В различни времена за комуникация са били използвани латински, немски, френски, английски... Необходими са били точни преводи на наличните текстове и общи означения във формулите. Това затрудни, но не спря развитието.

Съвременната наука се опитва да изучава единичен комплекс всичко, което съществува, което се проявява по толкова разнообразен начин в света около нас. Към днешна дата са формирани много научни направления, течения, методи и възможности за изследване. В изучаването на класическата механика традиционно се разграничават кинематиката, статиката и динамиката като основни раздели. Самостоятелна част или наука формира небесната механика, като част от теоретичната астрономия, както и квантовата механика.

Основни задачи на динамикатасе състоят в определяне на движението на система от тела според известни активни сили, взети предвид или в определяне на сили съгласно известен закон на движение. контролв проблемите на динамиката предполага, че съществува възможност за промяна на условията за осъществяване на процеса на движение според нашия собствен избор на параметри или функции, които определят процеса или са включени в уравненията на движението, в съответствие с даденото изисквания, желания или критерии.

Аналитичен, Теоретичен, Класически, Приложен,

Рационално, управлявано, небесно, квантово...

Всичко това е механика в различни презентации!

Библиография:

Алешков Ю.З. Отлична работа по приложна математика. СПб.: Изд. Санкт Петербургски държавен университет, 2004. - 309 с.
Богомолов А.Н. Математика на механиката. Биографичен справочник. Киев: Изд. Наукова думка, 1983. - 639 с.
Вавилов С.И. Исак Нютон. 4-то изд., доп. М.: Наука, 1989. - 271 с.
Крилов А.Н. Исак Нютон: Математически принципи на естествената философия. Превод от латински с бележки и обяснения на флота от генерал-лейтенант А.Н. Крилов. // Трудове на Николаевската морска академия (бр. 4), Петроград. Книга 1. 1915. 276 с., Книга 2. 1916. (Брой 5). 344 стр. или в книгата: A.N. Крилов. Сборник с произведения. М.-Л. Издателство на Академията на науките на СССР. Т. 7. 1936 г. 696 с. или в поредицата Класици на науката: I. Newton. Математически принципи на естествената философия. Превод от лат. и коментари на A.N. Крилов. М.: Наука. 1989. - 687 с.
Хората на руската наука // Есета за изключителни фигури на естествената наука и техника. (Математика. Механика. Астрономия. Физика. Химия). Сборник статии, изд. И.В. Кузнецова. М.: Физматлит, 1961. 600 с.
Новоселов V.S., Королев V.S. Аналитична механика на управлявана система. СПб.: Изд. Държавен университет в Санкт Петербург, 2005. 298 с.
Новоселов В.С. Квантова механика и статистическа физика. СПб.: Изд. ВВМ, 2012. 182 с.
Поляхова Е.Н. Класическата небесна механика в трудовете на Петербургската школа по математика и механика през 19 век. СПб.: Изд. Нестор-История, 2012. 140 с.
Поляхова Е.Н., Королев В.С., Холшевников К.В. Преводи на произведенията на класиците на науката от академик А.Н. Крилов. „Природно-математическите науки в съвременния свят” № 2(26). Новосибирск: Изд. СибАК, 2015. С. 108-128.
Поанкаре А. За науката. пер. от фр. изд. Л.С. Понтрягин. М.: Наука, 1990. 736 с.
Тюлина И.А., Чиненова В.Н. Историята на механиката през призмата на развитието на идеи, принципи и хипотези. М.: URSS (Либроком), 2012. 252 с.

Определение 1

Класическата механика е подраздел на физиката, който изучава движението на физическите тела въз основа на законите на Нютон.

Основните понятия на класическата механика са:

маса - определя се като основна мярка за инерция или способността на веществото да поддържа състояние на покой при отсъствие на влиянието на външни фактори върху него;
сила - действа върху тялото и променя състоянието на неговото движение, предизвиквайки ускорение;
вътрешна енергия - определя моментното състояние на изследвания елемент.

Други също толкова важни понятия от този раздел на физиката са: температура, импулс, ъглов момент и обем на материята. Енергията на механичната система се състои главно от нейната кинетична енергия на движение и потенциална сила, която зависи от позицията на елементите, действащи в дадена система. По отношение на тези физични величини действат основните закони за запазване на класическата механика.

Основатели на класическата механика

Забележка 1

Основите на класическата механика бяха успешно положени от мислителя Галилей, както и от Кеплер и Коперник, когато разглеждаха моделите на бързото движение на небесните тела.

Фигура 1. Принципи на класическата механика. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Интересното е, че за дълъг период от време физиката и механиката са били изучавани в контекста на астрономически събития. В своите научни трудове Коперник твърди, че правилното изчисляване на моделите на взаимодействие на небесните тела може да бъде опростено, ако се отклоним от съществуващите принципи, които преди това са били изложени от Аристотел, и го считаме за отправна точка за прехода от геоцентричното към хелиоцентрична концепция.

Идеите на учения са допълнително формализирани от неговия колега Кеплер в трите закона за движение на материалните тела. По-специално, вторият закон гласи, че абсолютно всички планети на Слънчевата система извършват равномерно движение по елиптични орбити, с основен фокус върху Слънцето.

Следващият значителен принос в развитието на класическата механика е направен от изобретателя Галилей, който, изучавайки основните постулати на механичното движение на небесните тела, по-специално под въздействието на силите на гравитацията, представи на обществеността пет универсални закона за физическото движение на веществата наведнъж.

Но все пак съвременниците приписват лаврите на ключовия основател на класическата механика на Исак Нютон, който в известната си научна работа „Математическо изразяване на естествената философия“ описва синтеза на онези определения във физиката на движението, които преди това бяха представени от неговите предшественици.

Фигура 2. Вариационни принципи на класическата механика. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Нютон ясно формулира трите основни закона на движението, които са кръстени на него, както и теорията за универсалната гравитация, която тегли черта под изследванията на Галилей и обяснява явлението свободно падащи тела. Така беше разработена нова, по-подобрена картина на света.

Основни и вариационни принципи на класическата механика

Класическата механика предоставя на изследователите точни резултати за системи, които често се срещат в ежедневието. Но в крайна сметка те стават неправилни за други концепции, чиято скорост е почти равна на скоростта на светлината. Тогава е необходимо да се използват законите на релативистичната и квантовата механика в експериментите. За системи, които комбинират няколко свойства наведнъж, вместо класическата механика се използва теорията на полето на квантите. За концепции с много компоненти или нива на свобода, посоката на изучаване на физиката също е адекватна, когато се използват методите на статистическата механика.

Днес се разграничават следните основни принципи на класическата механика:

Принципът на инвариантност по отношение на пространствените и времеви премествания (ротации, измествания, симетрии): пространството винаги е хомогенно и протичането на каквито и да е процеси в затворена система не се влияе от първоначалните му местоположения и ориентация спрямо материалното еталонно тяло.
Принципът на относителността: потокът от физически процеси в изолирана система не се влияе от нейното праволинейно движение спрямо самата концепция за отправна точка; законите, които описват такива явления, са еднакви в различните клонове на физиката; самите процеси ще бъдат еднакви, ако началните условия са идентични.

Определение 2

Вариационните принципи са първоначалните, основни положения на аналитичната механика, математически изразени под формата на уникални вариационни отношения, от които като логическо следствие следват диференциални формули на движение, както и всички видове разпоредби и закони на класическата механика.

В повечето случаи основната характеристика, по която реалното движение може да бъде разграничено от разглеждания клас кинематични движения, е условието за стационарност, което осигурява инвариантността на по-нататъшното описание.

Фигура 4. Принципът на действие на дълги разстояния. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Първото от вариационните правила на класическата механика е принципът на възможните или виртуални премествания, който ви позволява да намерите правилните равновесни позиции за система от материални точки. Следователно този модел помага за решаването на сложни проблеми на статиката.

Следващият принцип се нарича най-малкото ограничение. Този постулат предполага определено движение на система от материални точки, пряко свързани помежду си по хаотичен начин и подложени на всякакви влияния от околната среда.

Друго основно вариационно предложение в класическата механика е принципът на най-правия път, при който всяка свободна система е в състояние на спокойно или равномерно движение по определени линии в сравнение с всички други дъги, позволени от връзки и имащи обща начална точка и допирателна в концепцията.

Принцип на действие в класическата механика

Уравненията на Нютон за механичното движение могат да бъдат формулирани по много начини. Единият е чрез формализма на Лагранж, наричан още Лагранжева механика. Въпреки че този принцип е доста еквивалентен на законите на Нютон в класическата физика, но тълкуването на действието е по-подходящо за обобщения на всички концепции и играе важна роля в съвременната наука. Всъщност този принцип е сложно обобщение във физиката.

По-специално, това е напълно разбрано в рамките на квантовата механика. Интерпретацията на квантовата механика от Ричард Файнман чрез използването на интеграли по пътя се основава на принципа на постоянното взаимодействие.

Много задачи във физиката могат да бъдат решени чрез прилагане на принципа на действие, който е в състояние да намери най-бързия и лесен начин за решаване на проблемите.

Например, светлината може да намери своя път през оптична система и траекторията на материално тяло в гравитационно поле може да бъде открита с помощта на същия принцип на работа.

Симетриите във всяка ситуация могат да бъдат разбрани по-добре чрез прилагане на тази концепция заедно с уравненията на Ойлер-Лагранж. В класическата механика правилният избор на по-нататъшно действие може да бъде експериментално доказан от законите на движението на Нютон. И обратно, от принципа на действие, уравненията на Нютон се прилагат на практика с компетентен избор на действие.

Така в класическата механика принципът на действие се счита за идеален еквивалентен на уравненията на движението на Нютон. Прилагането на този метод значително опростява решаването на уравнения във физиката, тъй като това е скаларна теория с приложения и производни, които прилагат елементарно смятане.