Klasszikus mechanika. Az iskolások tudásának formálása a fizikai elmélet felépítéséről A klasszikus mechanika alapelvei

klasszikus mechanika- a mechanika egy fajtája (a fizika ága, amely a testek térbeli helyzetének időbeli változásának törvényeit és az azt okozó okokat vizsgálja), amely Newton törvényein és Galilei relativitáselvén alapul. Ezért gyakran nevezik Newtoni mechanika».

A klasszikus mechanika a következőkre oszlik:

• statika (amely figyelembe veszi a testek egyensúlyát)
• kinematika (amely a mozgás geometriai tulajdonságait vizsgálja anélkül, hogy figyelembe venné annak okait)
• dinamika (amely a testek mozgását veszi figyelembe).

Számos egyenértékű módszer létezik a klasszikus mechanika formális matematikai leírására:

• Lagrange formalizmus
• Hamiltoni formalizmus

A klasszikus mechanika nagyon pontos eredményeket ad, ha alkalmazása olyan testekre korlátozódik, amelyek sebessége sokkal kisebb, mint a fénysebesség, és amelyek mérete jóval nagyobb, mint az atomok és molekulák mérete. A klasszikus mechanika tetszőleges sebességgel mozgó testekre történő általánosítása a relativisztikus mechanika, és az olyan testekre, amelyek méretei az atomokéhoz hasonlíthatók - a kvantummechanika. A kvantumtérelmélet a kvantumrelativisztikus hatásokat veszi figyelembe.

Ennek ellenére a klasszikus mechanika megőrzi értékét, mert:

1. sokkal könnyebben érthető és használható, mint más elméletek
2. széles körben elég jól leírja a valóságot.

A klasszikus mechanika használható tárgyak, például felsők és baseball-labdák, számos csillagászati ​​objektum (például bolygók és galaxisok), és néha még számos mikroszkopikus objektum, például molekulák mozgásának leírására is.

A klasszikus mechanika önkonzisztens elmélet, vagyis keretein belül nincsenek egymásnak ellentmondó állítások. Más klasszikus elméletekkel, például a klasszikus elektrodinamikával és termodinamikával való kombinációja azonban feloldhatatlan ellentmondásokhoz vezet. A klasszikus elektrodinamika azt jósolja, hogy a fénysebesség minden megfigyelő számára állandó, ami nincs összhangban a klasszikus mechanikával. A 20. század elején ez egy speciális relativitáselmélet megalkotásának szükségességéhez vezetett. A termodinamikával együtt a klasszikus mechanika a Gibbs-paradoxonhoz vezet, amelyben lehetetlen pontosan meghatározni az entrópia mértékét, és az ultraibolya katasztrófához, amelyben a fekete testnek végtelen mennyiségű energiát kell kisugároznia. A problémák megoldására tett kísérletek a kvantummechanika megjelenéséhez és fejlődéséhez vezettek.

Alapfogalmak

A klasszikus mechanika több alapfogalommal és modellel operál. Ezek közül kiemelendő:

Alaptörvények

Galilei relativitás elve

A klasszikus mechanika alapelve a relativitás elve, amelyet G. Galileo empirikus megfigyelései alapján fogalmazott meg. Ezen elv szerint végtelenül sok olyan vonatkoztatási rendszer létezik, amelyben egy szabad test nyugalomban van, vagy állandó sebességgel mozog abszolút értékben és irányban. Ezeket a vonatkoztatási rendszereket inerciálisnak nevezzük, és egymáshoz képest egyenletesen és egyenes vonalúan mozognak. Minden inerciális vonatkoztatási rendszerben a tér és az idő tulajdonságai azonosak, és a mechanikai rendszerekben minden folyamat ugyanazoknak a törvényeknek engedelmeskedik. Ez az elv úgy is megfogalmazható, mint az abszolút referenciarendszerek hiánya, vagyis olyan referenciarendszerek, amelyek valamilyen módon megkülönböztethetők másokhoz képest.

Newton törvényei

Newton három törvénye a klasszikus mechanika alapja.

Newton második törvénye nem elegendő a részecske mozgásának leírására. Ezenkívül szükség van az erő leírására, amely a test részt vevő fizikai kölcsönhatás lényegének figyelembevételével nyerhető.

Az energiamegmaradás törvénye

Az energiamegmaradás törvénye a Newton-törvények következménye zárt konzervatív rendszerekre, vagyis olyan rendszerekre, amelyekben csak konzervatív erők hatnak. Alapvetőbb szempontból kapcsolat van az energia megmaradás törvénye és az idő homogenitása között, amelyet Noether tétele fejez ki.

Túl a Newton-törvények alkalmazhatóságán

A klasszikus mechanika kiterjed a kiterjesztett, nem pontszerű objektumok összetett mozgásainak leírására is. Az Euler-törvények a Newton-törvények kiterjesztését biztosítják erre a területre. A szögimpulzus fogalma ugyanazokra a matematikai módszerekre támaszkodik, mint az egydimenziós mozgás leírására.

A rakéta mozgásának egyenletei kibővítik a sebesség fogalmát, amikor egy objektum lendülete idővel változik, hogy figyelembe vegyék az olyan hatásokat, mint a tömegvesztés. A klasszikus mechanikának két fontos alternatív megfogalmazása létezik: a Lagrange-mechanika és a Hamilton-mechanika. Ezek és más modern megfogalmazások hajlamosak megkerülni az „erő” fogalmát, és más fizikai mennyiségeket, például energiát vagy cselekvést hangsúlyoznak a mechanikai rendszerek leírására.

A lendületre és a mozgási energiára vonatkozó fenti kifejezések csak jelentős elektromágneses hozzájárulás hiányában érvényesek. Az elektromágnesességben az áramot vezető vezetékre vonatkozó Newton második törvénye sérül, ha nem tartalmazza az elektromágneses tér hozzájárulását a rendszer impulzusához, a Poynting-vektor osztva c 2, hol c a fény sebessége a szabad térben.

Történelem

Ókori idő

A klasszikus mechanika az ókorban főleg az építkezés során felmerülő problémák kapcsán keletkezett. A mechanika fejlesztendő szakaszai közül elsőként a statika volt, melynek alapjait Arkhimédész művei rakták le a Kr. e. 3. században. e. Megfogalmazta a kar szabályát, a párhuzamos erők összeadásának tételét, bevezette a súlypont fogalmát, megalapozta a hidrosztatikát (Arkhimédész-erő).

Középkorú

új idő

17. század

18. század

19. század

A 19. században az analitikus mechanika fejlődése Osztrogradszkij, Hamilton, Jacobi, Hertz és mások munkáiban zajlik, a rezgéselméletben Routh, Zsukovszkij és Ljapunov a mechanikai rendszerek stabilitásának elméletét dolgozta ki. Coriolis a relatív mozgás elméletét a gyorsulástétel bizonyításával fejlesztette ki. A 19. század második felében a kinematika a mechanika külön részévé vált.

A 19. században különösen jelentős volt a kontinuummechanika fejlődése. Navier és Cauchy általános formában fogalmazta meg a rugalmasságelmélet egyenleteit. Navier és Stokes munkáiban hidrodinamikai differenciálegyenleteket kaptak a folyadék viszkozitásának figyelembevételével. Ezzel párhuzamosan elmélyülnek az ismeretek az ideális folyadék hidrodinamikájában: megjelennek Helmholtz örvénylések, Kirchhoff, Zsukovszkij és Reynolds turbulenciáról, Prandtl határhatásokról szóló munkái. Saint-Venant matematikai modellt dolgozott ki, amely leírja a fémek plasztikus tulajdonságait.

Legújabb idő

A XX. században a kutatók érdeklődése a klasszikus mechanika területén áttért a nemlineáris hatásokra. Ljapunov és Henri Poincaré lefektette a nemlineáris rezgések elméletének alapjait. Mescserszkij és Ciolkovszkij a változó tömegű testek dinamikáját elemezte. Az aerodinamika kiemelkedik a kontinuummechanikából, amelynek alapjait Zsukovszkij dolgozta ki. A 20. század közepén a klasszikus mechanika új iránya aktívan fejlődik - a káosz elmélete. Továbbra is fontosak maradnak a komplex dinamikus rendszerek stabilitásának kérdései.

A klasszikus mechanika korlátai

A klasszikus mechanika pontos eredményeket ad azokra a rendszerekre, amelyekkel a mindennapi életben találkozunk. Előrejelzései azonban tévessé válnak a fénysebességhez közeledő rendszerek esetében, ahol azt relativisztikus mechanika váltja fel, vagy nagyon kicsi rendszerek esetében, ahol a kvantummechanika törvényei érvényesek. A két tulajdonságot kombináló rendszerek esetében a relativisztikus kvantumtérelméletet használják a klasszikus mechanika helyett. Nagyon sok komponensből vagy szabadságfokból álló rendszerek esetében a klasszikus mechanika sem lehet megfelelő, hanem a statisztikai mechanika módszereit alkalmazzák.

A klasszikus mechanikát széles körben alkalmazzák, mert egyrészt sokkal egyszerűbb és könnyebben alkalmazható, mint a fent felsorolt ​​elméletek, másrészt nagyszerű közelítési és alkalmazási lehetőségei vannak a fizikai objektumok igen széles osztályára, kezdve a szokásostól, mint pl. pörgettyűként vagy golyóként, nagy csillagászati ​​objektumokhoz (bolygók, galaxisok) és nagyon mikroszkopikus méretűekhez (szerves molekulák).

Bár a klasszikus mechanika általában összeegyeztethető más „klasszikus” elméletekkel, mint például a klasszikus elektrodinamika és a termodinamika, van némi ellentmondás ezen elméletek között, amelyeket a 19. század végén találtak. Megoldhatók a modernebb fizika módszereivel. Különösen a klasszikus elektrodinamika egyenletei nem invariánsak Galilei transzformációk alatt. A fénysebesség állandóként lép be hozzájuk, ami azt jelenti, hogy a klasszikus elektrodinamika és a klasszikus mechanika csak egy, az éterhez kapcsolódó választott vonatkoztatási rendszerben kompatibilis. A kísérleti ellenőrzés azonban nem tárta fel az éter létezését, ami egy speciális relativitáselmélet megalkotásához vezetett, amelyben a mechanika egyenleteit módosították. A klasszikus mechanika alapelvei szintén ellentmondanak a klasszikus termodinamika egyes állításainak, ami a Gibbs-paradoxonhoz vezet, amely szerint lehetetlen pontosan meghatározni az entrópiát, és az ultraibolya katasztrófához, amelyben a fekete testnek végtelen mennyiségben kell kisugároznia. energia. Ezen inkompatibilitások kiküszöbölésére kvantummechanikát hoztak létre.

Megjegyzések

Internetes hivatkozások

• Videó előadás 1. Fizika: Klasszikus mechanika (1999. ősz)// MIT előadások: 8.01

Irodalom

• Arnold V.I. Avets A. A klasszikus mechanika ergodikus problémái - RHD, 1999. - 284 p.
• B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf. Fizika középiskolásoknak és egyetemre érkezőknek. - M .: Akadémia, 2008. - 720 p. - (Felsőoktatás). - 34 000 példány. - ISBN 5-7695-1040-4
• Sivukhin D.V. A fizika általános kurzusa. - 5. kiadás, sztereotip. - M .: Fizmatlit, 2006. - T. I. Mechanika. - 560 p. - ISBN 5-9221-0715-1
• A. N. MATVEEV A mechanika és a relativitáselmélet. - 3. kiadás - M .: ONYX 21. század: Világ és oktatás, 2003. - 432 p. - 5000 példány. - ISBN 5-329-00742-9
• C. Kittel, W. Knight, M. Ruderman Mechanika. Berkeley fizikatanfolyam. - M .: Lan, 2005. - 480 p. - (Tankönyvek egyetemek számára). - 2000 példány. - ISBN 5-8114-0644-4

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

klasszikus mechanika- egyfajta mechanika (a fizika egy része, amely a testek térbeli helyzetének időbeli változásának törvényeit és az azt okozó okokat vizsgálja), amely Newton törvényein és Galilei relativitáselvén alapul. Ezért gyakran nevezik Newtoni mechanika».

A klasszikus mechanika a következőkre oszlik:

statika (amely figyelembe veszi a testek egyensúlyát)

kinematika (amely a mozgás geometriai tulajdonságait vizsgálja anélkül, hogy figyelembe venné annak okait)

dinamika (amely a testek mozgását veszi figyelembe).

A klasszikus mechanika nagyon pontos eredményeket ad, ha alkalmazása olyan testekre korlátozódik, amelyek sebessége jóval kisebb, mint a fénysebesség, és amelyek mérete jóval nagyobb, mint az atomok és molekulák méretei. A relativisztikus mechanika a klasszikus mechanika általánosítása tetszőleges sebességgel mozgó testekre, a kvantummechanika pedig olyan testekre, amelyek méretei hasonlóak az atomokéhoz.A kvantumtérelmélet a kvantumrelativisztikus hatásokat veszi figyelembe.

Ennek ellenére a klasszikus mechanika megőrzi értékét, mert:

sokkal könnyebben érthető és használható, mint más elméletek

széles körben elég jól leírja a valóságot.

A klasszikus mechanika használható tárgyak, például felsők és baseball-labdák, számos csillagászati ​​objektum (például bolygók és galaxisok), és néha még számos mikroszkopikus objektum, például molekulák mozgásának leírására is.

A klasszikus mechanika önkonzisztens elmélet, vagyis keretein belül nincsenek egymásnak ellentmondó állítások. Más klasszikus elméletekkel, például a klasszikus elektrodinamikával és termodinamikával való kombinációja azonban feloldhatatlan ellentmondásokhoz vezet. A klasszikus elektrodinamika azt jósolja, hogy a fénysebesség minden megfigyelő számára állandó, ami nincs összhangban a klasszikus mechanikával. A 20. század elején ez egy speciális relativitáselmélet megalkotásának szükségességéhez vezetett. A termodinamikával együtt vizsgálva a klasszikus mechanika a Gibbs-paradoxonhoz vezet, amelyben lehetetlen pontosan meghatározni az entrópia mértékét, és az ultraibolya katasztrófához, amelyben egy teljesen fekete testnek végtelen mennyiségű energiát kell kisugároznia. A problémák megoldására tett kísérletek a kvantummechanika megjelenéséhez és fejlődéséhez vezettek.

10 jegy MECHANIKAI VILÁGKÉP.TERMODINAMIKA

Termodinamika(görögül θέρμη - „hő”, δύναμις - „erő”) - a fizika ága, amely a hő és más energiaformák kapcsolatait és átalakulásait tanulmányozza. Külön tudományterületekre vált szét a kémiai termodinamika, amely a hő felszabadulásával vagy elnyelésével kapcsolatos fizikai és kémiai átalakulásokat vizsgálja, valamint a hőtechnika.

A termodinamikában nem egyedi molekulákkal, hanem nagyszámú részecskéből álló makroszkopikus testekkel foglalkozunk. Ezeket a testeket termodinamikai rendszereknek nevezzük. A termodinamikában a hőjelenségeket makroszkopikus mennyiségekkel írják le - nyomás, hőmérséklet, térfogat, ..., amelyek nem alkalmazhatók az egyes molekulákra és atomokra.

Az elméleti fizikában a termikus folyamatok fenomenológiáját vizsgáló fenomenológiai termodinamika mellett megkülönböztetik a statisztikus termodinamikát, amely a termodinamika mechanikai igazolására jött létre, és a statisztikai fizika egyik első szakasza volt.

A termodinamika a tudomány és a technológia számos témájában alkalmazható, mint például a motorok, a fázisátalakulások, a kémiai reakciók, a szállítási jelenségek, sőt a fekete lyukak is. A termodinamika fontos a fizika és a kémia, a vegyészmérnöki, az űrhajózási mérnöki, a gépészmérnöki, a sejtbiológiai, az orvosbiológiai mérnöki, az anyagtudományi területeken, és más területeken is hasznos, mint például a közgazdaságtan.

11 jegy ELEKTRODINAMIKA

Elektrodinamika- a fizika olyan része, amely az elektromágneses teret a legáltalánosabb esetben (vagyis az időfüggő változó mezőket veszi figyelembe) és az elektromos töltéssel rendelkező testekkel való kölcsönhatását vizsgálja (elektromágneses kölcsönhatás). Az elektrodinamika tárgykörébe tartozik az elektromos és mágneses jelenségek, az elektromágneses sugárzás (különböző körülmények között, szabadon és az anyaggal való kölcsönhatás különböző eseteiben egyaránt), az elektromos áram (általában váltakozó) és az elektromágneses térrel (elektromos áram) való kölcsönhatása. ez alatt mozgó töltött részecskék halmazának tekinthető). A töltött testek közötti bármilyen elektromos és mágneses kölcsönhatást a modern fizika úgy tekinti, mint amely az elektromágneses mezőn keresztül valósul meg, és ezért az elektrodinamika is tárgya.

Leggyakrabban a kifejezés alatt elektrodinamika az alapértelmezett klasszikus elektrodinamika, amely csak az elektromágneses mező folytonos tulajdonságait írja le Maxwell-egyenletrendszeren keresztül; az elektromágneses tér és a töltött részecskékkel való kölcsönhatásának modern kvantumelméletének megjelölésére általában a stabil kifejezést használják. kvantumelektrodinamika.

12 jegy A SZIMMETRIA FOGALMA A TERMÉSZETTUDOMÁNYBAN

Emmy Noether tétele azt állítja, hogy egy fizikai rendszer minden folytonos szimmetriája megfelel egy bizonyos megmaradási törvénynek. Így az energia megmaradás törvénye megfelel az idő homogenitásának, a lendület megmaradásának törvénye a tér homogenitásának, a szögimpulzus megmaradásának törvénye a tér izotrópiájának, az elektromos töltés megmaradásának törvénye a szimmetria mérésére. stb.

A tételt általában cselekvésfunkcionális rendszerre fogalmazzák meg, és a Lagrange-féle invarianciát fejezi ki valamilyen folytonos transzformációcsoportra vonatkozóan.

A tételt a göttingeni D iskola tudósai dolgozták fel. Gilbert, F. KleinaiE. Egyik sem. A leggyakoribb megfogalmazást Emmy Noether bizonyította 1918-ban.

A matematikában és a természettudományokban megtalálható szimmetriatípusok:

kétoldali szimmetria - szimmetria a tükörreflexióhoz képest. (Kétoldalú szimmetria)

n-edik rendű szimmetria - szimmetria bármely tengely körüli 360 ° / n szögben történő elforgatáshoz. Z n csoport írja le.

tengelyszimmetria (sugárszimmetria, sugárszimmetria) - szimmetria a tengely körüli tetszőleges szögben történő elforgatásokhoz képest. A SO(2) csoport írja le.

gömbszimmetria - szimmetria a háromdimenziós térben tetszőleges szögeken keresztüli forgások tekintetében. A SO(3) csoport írja le. A tér vagy közeg lokális gömbszimmetriáját izotrópiának is nevezik.

a forgásszimmetria az előző két szimmetria általánosítása.

transzlációs szimmetria - szimmetria a tér bármely irányú eltolódásához képest egy bizonyos távolsággal.

Lorentz-invariancia – szimmetria a Minkowski-féle téridő tetszőleges forgatásaihoz.

A szelvény invarianciája a kvantumtérelméletben (különösen a Yang-Mills elméletek) a mérőműszer-elméletek egyenleteinek típusának függetlensége a szelvénytranszformációk során.

szuperszimmetria - az elmélet szimmetriája a bozonok fermionokkal való helyettesítésére vonatkozóan.

nagyobb szimmetria - szimmetria a csoportelemzésben.

A kainoszimmetria az elektronikus konfiguráció jelensége (a kifejezést S. A. Shchukarev vezette be, aki felfedezte), amely meghatározza a másodlagos periodicitást (E. V. Biron fedezte fel).

13 jegyértékesítő állomás

Speciális relativitáselmélet(SZÁZ; is privát relativitáselmélet) egy elmélet, amely leírja a mozgást, a mechanika törvényeit, a tér-idő összefüggéseket tetszőleges, a vákuumbeli fénysebességnél kisebb mozgási sebességgel, beleértve a fénysebességhez közelieket is. A speciális relativitáselmélet keretein belül a Newton-féle klasszikus mechanika az alacsony sebességek közelítése. Az SRT gravitációs mezőkre történő általánosítását általános relativitáselméletnek nevezzük.

A fizikai folyamatok során a speciális relativitáselmélet által leírt klasszikus mechanika előrejelzéseitől való eltéréseket ún. relativisztikus hatások, és milyen arányban válnak jelentőssé ezek a hatások relativisztikus sebességek.

14 OTO jegy

Általános relativitáselmélet(általános relativitáselmélet; azt. allgemeine Relativitätstheorie) egy geometriai gravitációs elmélet, amely a speciális relativitáselméletet (SRT) fejleszti, Albert Einstein 1915-1916-ban publikálta. Az általános relativitáselmélet keretein belül, más metrikus elméletekhez hasonlóan, azt feltételezik, hogy a gravitációs hatások a téridőben elhelyezkedő testek és mezők nem erőkölcsönhatásaiból, hanem magának a téridőnek a deformációjából erednek, ami különösen a tömegenergia jelenlétével függ össze. Az általános relativitáselmélet abban különbözik a gravitáció más metrikus elméleteitől, hogy Einstein egyenleteit használja a téridő görbületének a benne jelenlévő anyaggal való kapcsolatára.

Az általános relativitáselmélet jelenleg a legsikeresebb gravitációs elmélet, amelyet megfigyelések is jól alátámasztanak. Az általános relativitáselmélet első sikere a Merkúr perihéliumának rendellenes precessziójának magyarázata volt. Aztán 1919-ben Arthur Eddington arról számolt be, hogy megfigyelte a fény eltérülését a Nap közelében a teljes fogyatkozás idején, ami minőségileg és mennyiségileg megerősítette az általános relativitáselmélet előrejelzéseit. Azóta számos más megfigyelés és kísérlet is megerősítette az elmélet jóslatainak jelentős részét, ideértve a gravitációs idődilatációt, a gravitációs vöröseltolódást, a gravitációs tér jelkésleltetését és – egyelőre csak közvetve – a gravitációs sugárzást. Ezenkívül számos megfigyelést az általános relativitáselmélet egyik legtitokzatosabb és legegzotikusabb előrejelzésének, a fekete lyukak létezésének megerősítéseként értelmeznek.

Az általános relativitáselmélet elképesztő sikere ellenére kellemetlen érzés tapasztalható a tudományos közösségben, ami egyrészt azzal függ össze, hogy nem lehet újrafogalmazni a kvantumelmélet klasszikus határaként, másrészt azzal, hogy maga az elmélet is jelzi. alkalmazhatóságának határait, hiszen a fekete lyukak és általában a tér-idő szingularitások figyelembe vételekor eltávolíthatatlan fizikai eltérések megjelenését jelzi előre. E problémák megoldására számos alternatív elméletet javasoltak, amelyek közül néhány szintén kvantum. A jelenlegi kísérleti bizonyítékok azonban azt mutatják, hogy az általános relativitáselmélettől való bármilyen eltérésnek nagyon kicsinek kell lennie, ha egyáltalán létezik.

15 jegy AZ Univerzum KITERJESZTÉSE.HUBBLE TÖRVÉNY

Univerzum tágulása- olyan jelenség, amely a világűrnek az egész Univerzum léptékében szinte egyenletes és izotróp tágulásából áll. Kísérletileg az Univerzum tágulását figyeljük meg a Hubble-törvény végrehajtása formájában. A tudomány az úgynevezett ősrobbanást tekinti az Univerzum tágulásának kezdetének. Elméletileg a jelenséget megjósolta és alátámasztotta A. Friedman az általános relativitáselmélet fejlődésének korai szakaszában az Univerzum homogenitásával és izotrópiájával kapcsolatos általános filozófiai megfontolásokból.

Hubble törvény(a galaxisok általános recessziójának törvénye) egy empirikus törvény, amely lineárisan hozza összefüggésbe a galaxis vöröseltolódását a távolsággal:

ahol z- a galaxis vöröseltolódása D- távolság tőle H A 0 egy arányossági tényező, amelyet Hubble-állandónak neveznek. Kis értékkel z a hozzávetőleges egyenlőség fennáll cz=V r, ahol V r a galaxis sebessége a megfigyelő látószöge mentén, c- a fénysebesség. Ebben az esetben a törvény a klasszikus formát ölti:

Ez a kor a Világegyetem tágulásának pillanatnyi jellemző ideje, és 2-szeresig megfelel az univerzum korának, amelyet a standard Friedman kozmológiai modellel számítanak ki.

16 jegy FRIEDMAN MODELL SZINGULARITÁS

Friedman univerzum(Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker metrika) egyike azon kozmológiai modelleknek, amelyek kielégítik az általános relativitáselmélet téregyenleteit, az első az Univerzum nem stacionárius modelljei közül. Alexander Fridman kapta 1922-ben. A Friedman-modell egy homogén izotróp anyagot ír le nem helyhez kötött Egy univerzum, amelynek anyaga pozitív, nulla vagy negatív állandó görbülettel rendelkezik. A tudósnak ez a munkája az általános relativitáselmélet fő elméleti fejlesztésévé vált Einstein 1915-1917-es munkája után.

gravitációs szingularitás- a téridő azon tartománya, amelyen keresztül lehetetlen a geodéziai vonalat folytatni. Ebben gyakran a tér-idő kontinuum görbülete a végtelenbe fordul, vagy a metrika más kóros tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek nem teszik lehetővé a fizikai értelmezést (pl. kozmológiai szingularitás- az Univerzum állapota az Ősrobbanás kezdeti pillanatában, amelyet az anyag végtelen sűrűsége és hőmérséklete jellemez);

17 jegy BIG BANG ELMÉLET.RELIKT SUGÁRZÁS

Ereklye sugárzás(vagy kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás angolról kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás) - nagy izotrópiájú kozmikus elektromágneses sugárzás, amelynek spektruma egy abszolút fekete testre jellemző, 2,725 K hőmérsékletű.

A CMB létezését elméletileg az ősrobbanás elmélet keretein belül jósolták meg. Bár az eredeti ősrobbanás-elmélet számos aspektusát felülvizsgálták, azok az alapok, amelyek lehetővé tették a CMB hőmérsékletének előrejelzését, nem változtak. Úgy gondolják, hogy a reliktum sugárzás az Univerzum létezésének kezdeti szakaszaitól megmaradt, és egyenletesen kitölti azt. Létét 1965-ben kísérletileg igazolták. A kozmológiai vöröseltolódás mellett a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást az ősrobbanás elméletének egyik fő megerősítésének tekintik.

Nagy durranás(Angol) nagy durranás) egy kozmológiai modell, amely az Univerzum korai fejlődését írja le, nevezetesen az Univerzum tágulásának kezdetét, amely előtt az Univerzum szinguláris állapotban volt.

Általában ma már automatikusan kombinálják az Ősrobbanás elméletét és a forró Univerzum modelljét, de ezek a fogalmak függetlenek, és történelmileg létezett egy hideg kezdeti Univerzum koncepciója is az Ősrobbanás közelében. A továbbiakban az ősrobbanás elméletének a forró Univerzum elméletével való kombinációját vizsgáljuk, amelyet a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás léte támaszt alá.

18 jegy ŰVÁKUM

Vákuum(rel. vákuum- üres) - anyagtól mentes tér. A mérnöki és alkalmazott fizikában vákuum alatt olyan közeget értünk, amely jóval a légköri nyomás alatti nyomású gázt tartalmaz. A vákuumot a gázmolekulák átlagos szabad útja λ és a közeg jellemző mérete közötti arány jellemzi. d. Alatt d vehető a vákuumkamra falai közötti távolság, a vákuumcső átmérője stb.. A λ / arány értékétől függően d különbséget tenni alacsony (), közepes () és magas () vákuum között.

Különbséget kell tenni a fogalmak között fizikai vákuumÉs műszaki vákuum.

19 jegy KVANTUMMECHANIKA

Kvantummechanika- az elméleti fizika egy része, amely leírja azokat a fizikai jelenségeket, amelyekben a cselekvés nagysága összemérhető a Planck-állandóval. A kvantummechanika előrejelzései jelentősen eltérhetnek a klasszikus mechanika előrejelzéseitől. Mivel a Planck-állandó rendkívül kicsi a mindennapi tárgyak működéséhez képest, a kvantumhatások többnyire csak mikroszkopikus léptékeken jelennek meg. Ha a rendszer fizikai hatása sokkal nagyobb, mint a Planck-állandó, akkor a kvantummechanika szervesen átmegy a klasszikus mechanikába. A kvantummechanika viszont a kvantumtérelmélet nem relativisztikus közelítése (azaz kis energiák közelítése a rendszer tömeges részecskéinek nyugalmi energiájához képest).

A makroszkopikus léptékrendszereket jól leíró klasszikus mechanika nem képes atomok, molekulák, elektronok és fotonok szintű jelenségek leírására. A kvantummechanika megfelelően leírja az atomok, ionok, molekulák, kondenzált anyagok és egyéb elektronmagos szerkezetű rendszerek alapvető tulajdonságait és viselkedését. A kvantummechanika képes az elektronok, fotonok és más elemi részecskék viselkedésének leírására is, de az elemi részecskék átalakulásának pontosabb, relativisztikusan invariáns leírása a kvantumtérelmélet keretein belül épül fel. Kísérletek igazolják a kvantummechanika segítségével kapott eredményeket.

A kvantumkinematika alapfogalmai a megfigyelhető és az állapot fogalmai.

A kvantumdinamika alapegyenletei a Schrödinger-egyenlet, a von Neumann-egyenlet, a Lindblad-egyenlet, a Heisenberg-egyenlet és a Pauli-egyenlet.

A kvantummechanika egyenletei szorosan kapcsolódnak a matematika számos ágához, ideértve: operátorelmélet, valószínűségszámítás, funkcionális elemzés, operátoralgebrák, csoportelmélet.

Teljesen fekete test- a termodinamikában használt fizikai idealizálás, olyan test, amely minden tartományban elnyeli a rá eső elektromágneses sugárzást, és semmit sem tükröz vissza. A fekete test maga a név ellenére bármilyen frekvenciájú elektromágneses sugárzást képes kibocsátani, és vizuálisan színe is van.A fekete test sugárzási spektrumát csak a hőmérséklete határozza meg.

A fekete test fontossága általában bármely (szürke és színes) test hősugárzási spektrumának kérdésében, amellett, hogy a legegyszerűbb, nem triviális eset, abban is rejlik, hogy az egyensúlyi spektrum kérdése. Bármilyen színű és reflexiós együtthatójú testek hősugárzását a klasszikus termodinamika módszerei az abszolút fekete testből származó sugárzás kérdésére redukálják (és történetileg ez már a 19. század végén megtörtént, amikor a sugárzás problémája egy teljesen fekete test került előtérbe).

A legfeketébb valódi anyagok, például a korom, a beeső sugárzás akár 99%-át is elnyelik (azaz albedójuk 0,01) a látható hullámhossz-tartományban, de az infravörös sugárzást sokkal rosszabbul nyeli el. A Naprendszer testei közül a Nap abszolút fekete test tulajdonságaival rendelkezik a legnagyobb mértékben.

A kifejezést Gustav Kirchhoff vezette be 1862-ben.

20 jegy A KVANTUMMECHANIKA ALAPELVEI

A modern fizika összes problémája két csoportra osztható: a klasszikus fizika és a kvantumfizika problémáira A közönséges makroszkopikus testek tulajdonságainak tanulmányozása során szinte soha nem találkozunk kvantumproblémákkal, mert a kvantumtulajdonságok csak a mikrokozmoszban válnak kézzelfoghatóvá. . Ezért a 19. század fizikája, amely csak makroszkopikus testeket vizsgált, egyáltalán nem volt tisztában a kvantumfolyamatokkal. Ez a klasszikus fizika. A klasszikus fizikára jellemző, hogy nem veszi figyelembe az anyag atomisztikus szerkezetét. Mára azonban a kísérleti technika fejlődése olyannyira kitágította természetismeretünk határait, hogy ma már ismerjük, sőt, nagyon részletesen az egyes atomok és molekulák szigorúságát. A modern fizika az anyag atomi szerkezetét, és így a 19. századi klasszikus fizika alapelveit tanulmányozza. változnia kellett az új tényeknek megfelelően, és gyökeresen megváltoznia. Ez az elvváltás az átmenetet jelenti a kvantumfizikába.

21 jegy TESTES-HULLÁM DUALIZMUS

Korpuszkuláris-hullám dualizmus- az az elv, hogy bármely tárgy képes hullám- és részecsketulajdonságokat is felmutatni. A kvantummechanika fejlődése során vezették be a mikrokozmoszban megfigyelhető jelenségek klasszikus fogalmak szemszögéből történő értelmezésére. A hullám-részecske kettősség elvének továbbfejlesztése volt a kvantumtérelméletben a kvantált mezők fogalma.

Klasszikus példaként a fényt testtestek (fotonok) áramlásaként értelmezhetjük, amelyek számos fizikai hatásban az elektromágneses hullámok tulajdonságait mutatják. A fény a fény hullámhosszához hasonló léptékben mutatja a hullám tulajdonságait a diffrakció és az interferencia jelenségeiben. Például akár egyetlen a kettős résen áthaladó fotonok interferenciamintát hoznak létre a képernyőn, amelyet a Maxwell-egyenletek határoznak meg.

Mindazonáltal a kísérlet azt mutatja, hogy a foton nem egy rövid elektromágneses sugárzás impulzusa, például nem lehet optikai sugárosztókkal több nyalábra osztani, amit Grangier, Roger és Aspe francia fizikusok 1986-ban végzett kísérlete egyértelműen kimutatott. . A fény korpuszkuláris tulajdonságai a fotoelektromos hatásban és a Compton-effektusban nyilvánulnak meg. A foton is úgy viselkedik, mint egy részecske, amelyet olyan objektumok bocsátanak ki vagy teljesen elnyelnek, amelyek mérete jóval kisebb a hullámhosszánál (például atommagok), vagy általában pontszerűnek tekinthető (például egy elektron).

A hullám-részecske kettősség fogalma jelenleg csak történelmi jelentőségű, hiszen csak értelmezésként szolgált, a kvantumobjektumok viselkedésének leírására, a klasszikus fizika analógiáit választva hozzá. Valójában a kvantumobjektumok sem nem klasszikus hullámok, sem nem klasszikus részecskék, az előbbi vagy az utóbbi tulajdonságait csak bizonyos közelítésben sajátítják el. Módszertanilag helyesebb a kvantumelmélet útintegrálok (propagátor) megfogalmazása, a klasszikus fogalmak használatától mentesen.

22 jegy AZ ATOM SZERKEZETÉNEK FOGALMA AZ ATOM MODELLEI

Az atom Thomson-modellje("Puding mazsolával" modell, eng. szilvapuding modell).J. J. Thomson azt javasolta, hogy tekintsék az atomot valamilyen pozitív töltésű testnek, amelyben elektronok vannak zárva. Ezt végül Rutherford cáfolta az alfa-részecskék szórásával kapcsolatos híres kísérlete után.

Nagaoka korai bolygómodellje az atomról. 1904-ben Hantaro Nagaoka japán fizikus javasolta az atom modelljét, amelyet a Szaturnusz bolygóval analógiával építettek fel. Ebben a modellben a gyűrűkben egyesült elektronok egy kis pozitív mag körül keringenek pályán. A modell hibásnak bizonyult.

Az atom Bohr-Rutherford bolygómodellje. 1911-ben Ernest Rutherford kísérletek sorozata után arra a következtetésre jutott, hogy az atom egyfajta bolygórendszer, amelyben az elektronok az atom közepén elhelyezkedő nehéz, pozitív töltésű mag körül keringenek ("Rutherford modellje az atom"). Az atom ilyen leírása azonban összeütközésbe került a klasszikus elektrodinamikával. A tény az, hogy a klasszikus elektrodinamika szerint az elektronnak, amikor centripetális gyorsulással mozog, elektromágneses hullámokat kell kibocsátania, és ennek következtében energiát kell veszítenie. A számítások azt mutatták, hogy az az idő, ami alatt egy ilyen atomban lévő elektron az atommagra esik, teljesen elhanyagolható. Az atomok stabilitásának magyarázatára Niels Bohrnak olyan posztulátumokat kellett bevezetnie, amelyek abból a tényből fakadtak, hogy az atomban lévő elektron bizonyos speciális energiaállapotokban nem sugároz energiát („az atom Bohr-Rutherford-modellje”). Bohr posztulátumai azt mutatták, hogy a klasszikus mechanika nem alkalmazható az atom leírására. Az atom sugárzásának további vizsgálata a kvantummechanika megalkotásához vezetett, amely lehetővé tette a megfigyelt tények túlnyomó többségének magyarázatát.

Atom(más görög ἄτομος- oszthatatlan) - a kémiai elem legkisebb kémiailag oszthatatlan része, amely tulajdonságainak hordozója. Az atom atommagból és elektronokból áll. Az atommag pozitív töltésű protonokból és töltetlen neutronokból áll. Ha az atommagban lévő protonok száma egybeesik az elektronok számával, akkor az atom egésze elektromosan semleges. Ellenkező esetben pozitív vagy negatív töltése van, és ionnak nevezik. Az atomokat az atommagban lévő protonok és neutronok száma szerint osztályozzák: a protonok száma határozza meg, hogy egy atom egy adott kémiai elemhez tartozik-e, a neutronok száma pedig ennek az elemnek az izotópját.

A különböző típusú atomok, különböző mennyiségben, atomközi kötésekkel összekapcsolva molekulákat alkotnak.

23 jegy ALAPVETŐ Kölcsönhatások

Alapvető interakciók- a belőlük álló testek elemi részecskéinek minőségileg eltérő típusú kölcsönhatásai.

Ma négy alapvető kölcsönhatás létezése megbízhatóan ismert:

gravitációs

elektromágneses

erős

gyenge

Ugyanakkor az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatások egyetlen megnyilvánulása elektrogyenge kölcsönhatás.

Mind a mikrovilág jelenségeiben, mind a kozmikus léptékben más típusú alapvető kölcsönhatások után kutatnak, de eddig más típusú alapvető kölcsönhatást nem fedeztek fel.

A fizikában a mechanikai energiát két típusra osztják - potenciális és kinetikus energiára. A testek mozgásában bekövetkező változás (a mozgási energia változása) oka az erő (potenciális energia) (lásd Newton második törvénye) A minket körülvevő világot feltárva sokféle erőt vehetünk észre: gravitáció, fonalfeszesség, rugós összenyomó erő, testek ütközési ereje, súrlódási erő, légellenállási erő, robbanási erő stb. Amikor azonban tisztáztuk az anyag atomi szerkezetét, világossá vált, hogy ezeknek az erőknek a sokfélesége az atomok kölcsönhatásának eredménye egymással. Mivel az atomközi kölcsönhatás fő típusa az elektromágneses, kiderült, hogy ezen erők többsége csak az elektromágneses kölcsönhatás különféle megnyilvánulásai. Az egyik kivétel például a gravitációs erő, amelyet a tömeggel rendelkező testek közötti gravitációs kölcsönhatás okoz.

24 jegy ELEMI RÉSZecskék és TULAJDONSÁGAIK

Elemi részecske- olyan gyűjtőfogalom, amely olyan szubnukleáris léptékű mikroobjektumokra utal, amelyek nem bonthatók fel alkotórészeikre.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy egyes elemi részecskék (elektron, foton, kvark stb.) jelenleg szerkezet nélkülinek minősülnek, és elsődlegesnek minősülnek. alapvető részecskék. Egyéb elemi részecskék (ún alkotó részecskék-proton, neutron stb.) bonyolult belső szerkezetűek, de ennek ellenére a modern fogalmak szerint lehetetlen részekre bontani őket (lásd Bezárás).

Az elemi részecskék szerkezetét és viselkedését az elemi részecskefizika tanulmányozza.

Fő cikk:Kvarkok

Kvarkokat és antikvarkokat soha nem találtak szabad állapotban – ezt a bezártság jelensége magyarázza. A leptonok és kvarkok közötti szimmetria alapján, amely elektromágneses kölcsönhatásban nyilvánul meg, hipotéziseket állítanak fel, hogy ezek a részecskék alapvetőbb részecskékből - preonokból - állnak.

25 jegy A BIFURKÁCIÓ FOGALMA

A bifurkáció egy dinamikus rendszer mozgásaiban új minőség elsajátítása, paramétereinek kismértékű megváltoztatásával.

A bifurkációs elmélet központi fogalma a (nem)durva rendszer fogalma (lásd alább). Bármilyen dinamikus rendszert veszünk, és a dinamikus rendszerek olyan (több)paraméteres családját úgy tekintjük, hogy az eredeti rendszert speciális esetként kapjuk - a paraméter (paraméterek) bármely értékére. Ha a fázistér trajektóriákra való felosztásának minőségi képe megmarad az adotthoz kellően közeli paraméterek értékére, akkor egy ilyen rendszert ún. durva. Ellenkező esetben, ha ilyen szomszédság nem létezik, akkor a rendszer meghívásra kerül durva.

Így a paramétertérben durva rendszerek régiói jelennek meg, amelyeket nem durva rendszerekből álló felületek választanak el. A bifurkáció elmélete a minőségi kép függését vizsgálja, ha egy paraméter egy bizonyos görbe mentén folyamatosan változik. Azt a sémát, amely szerint a minőségi kép megváltozik, nevezzük bifurkációs diagram.

A bifurkációelmélet fő módszerei a perturbációelmélet módszerei. Különösen vonatkozik kisparaméteres módszer(Pontrjagin).

bifurkációs pont- a rendszer megállapított működési módjának megváltoztatása. A nem egyensúlyi termodinamikából és szinergetikából származó kifejezés.

bifurkációs pont- a rendszer kritikus állapota, amelyben a rendszer instabillá válik a fluktuációkhoz képest, és bizonytalanság keletkezik: kaotikussá válik a rendszer állapota, vagy egy új, differenciáltabb és magasabb rendű szintre lép át. Az önszerveződés elméletéből származó kifejezés.

26 jegy SZINERGETIKA - A NYÍLT ÖNSZERVEZŐ RENDSZEREK TUDOMÁNYA

Szinergetika(Egyéb görög συν - előtag a kompatibilitás jelentésével és ἔργον - "tevékenység") - a tudományos kutatás interdiszciplináris területe, amelynek feladata a természeti jelenségek és folyamatok tanulmányozása a rendszerek önszerveződésének elvein ( a következőket tartalmazza alrendszerek). "... Olyan tudomány, amely az önszerveződési folyamatokat, valamint a legkülönfélébb természetű struktúrák kialakulását, fennmaradását, stabilitását és bomlását vizsgálja...".

A szinergetikát eredetileg interdiszciplináris megközelítésnek nyilvánították, mivel az önszerveződési folyamatokat szabályozó elvek azonosnak tűnnek (a rendszerek jellegétől függetlenül), leírásukra egy közös matematikai apparátusnak kell megfelelnie.

Ideológiai szempontból a szinergetikát időnként „globális evolucionizmusként” vagy „univerzális evolúcióelméletként” pozícionálják, amely egyetlen alapot biztosít bármely innováció megjelenési mechanizmusának leírásához, ahogyan a kibernetikát egykor „univerzális irányításként” határozták meg. elmélet”, amely egyformán alkalmas bármilyen szabályozási és optimalizálási művelet leírására.: a természetben, a technológiában, a társadalomban stb., stb. Az idő azonban megmutatta, hogy az általános kibernetikai megközelítés korántsem igazolta a hozzá fűzött reményeket. Hasonlóan kritizálják a szinergikus módszerek alkalmazhatóságának tág értelmezését is.

A szinergetika alapfogalma a szerkezet as meghatározása Államok, amely az olyan többelemes szerkezetek vagy többtényezős közegek többváltozós és kétértelmű viselkedésének eredményeként keletkezik, amelyek nem romlanak le a zárt rendszerek termodinamikai átlagoló standardjára, hanem a nyitottság, a kívülről beáramló energia, a belső nemlinearitás miatt alakulnak ki. folyamatok, speciális rezsimek megjelenése élesítéssel és egynél több stabil állapot jelenléte. A jelzett rendszerekben sem a termodinamika második főtétele, sem a Prigogine-tétel az entrópiatermelés minimális sebességéről nem alkalmazható, ami új struktúrák és rendszerek kialakulásához vezethet, beleértve az eredetinél bonyolultabbakat is.

Ezt a jelenséget a szinergetika az evolúció irányának általános mechanizmusaként értelmezi, amely a természetben mindenhol megfigyelhető: az elemitől és a primitívtől az összetett és tökéletesebbig.

Egyes esetekben az új struktúrák kialakulása szabályos, hullámjellegű, majd ezeket autohullám folyamatoknak nevezzük (az önrezgések analógiájára).

27 jegy AZ ÉLET FOGALMA. AZ ÉLET EREDETÉNEK PROBLÉMÁJA

Egy élet- egy anyag létezésének aktív formája, bizonyos értelemben a legmagasabb fizikai és kémiai létezési formáihoz képest; a sejtben végbemenő fizikai és kémiai folyamatok összessége, amely lehetővé teszi az anyagcserét és annak osztódását. Az élő anyag fő tulajdonsága a replikációhoz használt genetikai információ. Az "élet" fogalmának többé-kevésbé pontos meghatározása csak azokat a tulajdonságokat tudja felsorolni, amelyek megkülönböztetik a nem élettől. Élet nem létezik a sejten kívül, a vírusok csak a genetikai anyag sejtbe való átvitele után mutatják meg az élő anyag tulajdonságait [ forrás nincs megadva 268 nap] . A környezethez alkalmazkodva egy élő sejt az élő szervezetek teljes változatát alkotja.

Az "élet" szó továbbá egyetlen organizmus létezésének időszaka az előfordulás pillanatától a haláláig (ontogén).

1860-ban Louis Pasteur francia kémikus foglalkozott az élet eredetének problémájával. Kísérleteivel bebizonyította, hogy a baktériumok mindenütt jelen vannak, és az élettelen anyagokat könnyen megfertőzhetik élőlények, ha nincsenek megfelelően sterilizálva. A tudós különféle tápközeget forralt fel vízben, amelyben mikroorganizmusok képződhettek. A további forralás elpusztította a mikroorganizmusokat és spóráikat. Pasteur egy lezárt, szabad végű lombikot erősített az S alakú csőhöz. A mikroorganizmusok spórái egy ívelt csövön telepedtek meg, és nem tudtak behatolni a tápközegbe. A jól felforralt táptalaj steril maradt, életet nem találtak benne, annak ellenére, hogy levegőt biztosítottak.

Pasteur kísérletsorozat eredményeként bebizonyította a biogenezis elméletének érvényességét és végül megcáfolta a spontán generáció elméletét.

28 jegy OPARIN ÉLETÉNEK EREDETÉNEK FOGALMA

Sir ISAAC NEWTON (1643. január 4. – 1727. március 31.) - kiváló angol tudós, aki a modern természettudomány alapjait lefektette, a klasszikus fizika megalkotója, a Londoni Királyi Társaság tagja és elnöke (1703 óta). Woolsthorpe-ban született. 1665-ben végzett a Cambridge-i Egyetemen. 1666 márciusában-júniusában Newton Cambridge-be látogatott. A nyáron azonban egy újabb pestishullám kénytelen volt ismét elhagyni otthonát. Végül 1667 elején a járvány alábbhagyott, és áprilisban Newton visszatért Cambridge-be. Október 1-jén a Trinity College ösztöndíjasává választották, majd 1668-ban mestere lett. Kapott egy tágas különszobát, amelyben lakhat, évi 2 font fizetést, valamint egy csoport diákot, akikkel lelkiismeretesen tanult standard tárgyakat heti több órában. Newton azonban sem akkor, sem később tanárként nem vált híressé, előadásait rosszul látogatták. egy

Pozíciójának megszilárdítása után Newton Londonba utazott, ahol nem sokkal korábban, 1660-ban megalakult a Londoni Királyi Társaság - a prominens tudósok tekintélyes szervezete, az egyik első Tudományos Akadémia. A Royal Society nyomtatott orgánuma a Philosophical Transactions folyóirat volt.

1669-ben matematikai művek kezdtek megjelenni Európában, végtelen sorozatokká történő kiterjesztéssel. Bár ezeknek a felfedezéseknek a mélysége nem hasonlítható össze Newton felfedezéseivel, Barrow ragaszkodott ahhoz, hogy tanítványa rögzítse a prioritást ebben a kérdésben. 2 ___________________________________

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

2. Akroyd P. „Isaac Newton. Életrajz". - M.: Kolibri, Azbuka-Atticus, 2011

Newton rövid, de meglehetősen teljes összefoglalót írt felfedezésének ezen részéről, amelyet "Analízis végtelen számú tagú egyenletek segítségével" nevezett. Barrow elküldte ezt az értekezést Londonnak. Newton megkérte Barrow-t, hogy ne fedje fel a mű szerzőjének nevét (de mégis elengedte). Az "elemzés" elterjedt a szakemberek körében, és némi hírnévre tett szert Angliában és azon kívül is.

Ugyanebben az évben Barrow elfogadta a király felkérését, hogy legyen udvari lelkész, és otthagyta a tanítást. 1669. október 29-én a 26 éves Newtont választották utódjául, a Trinity College matematika és optika professzorává, évi 100 fontnyi magas fizetéssel. Barrow egy kiterjedt alkímiai laboratóriumot hagyott Newtonnak; ebben az időszakban Newton komolyan érdeklődött az alkímia iránt, rengeteg kémiai kísérletet végzett ben megfogalmazta a klasszikus mechanika alaptörvényeit, felfedezte az univerzális gravitáció törvényét, a fény diszperzióját, kidolgozta a fény korpuszkuláris elméletét, és kidolgozta a differenciál-, ill. integrálszámítás. Összegezve elődei mechanika és saját kutatásainak eredményeit, Newton hatalmas művet hozott létre "A természetfilozófia matematikai alapelvei" ("Kezdetek"), 1687-ben. A "Kezdetek" a klasszikus mechanika alapfogalmait tartalmazta, különösen a tömeg, lendület, erő, gyorsulás, centripetális erő és a mozgás három törvénye fogalmait. Ugyanebben a műben szerepel az egyetemes gravitáció törvénye, amely alapján Newton megmagyarázta az égitestek mozgását és megalkotta a gravitáció elméletét. 1 Ennek a törvénynek a felfedezése végül megerősítette Kopernikusz tanításának győzelmét. Megmutatta, hogy Kepler három törvénye az egyetemes gravitáció törvényéből következik; ismertette a hold mozgásának sajátosságait, a körmenet jelenségét; kidolgozta a Föld alakjának elméletét, megjegyezve, hogy a pólusoknál össze kell nyomni, __________________________________

1. Akroyd P. „Isaac Newton. Életrajz". - M.: Kolibri, Azbuka-Atticus, 2011

az apályok és áramlások elmélete; fontolóra vette a Föld mesterséges műholdjának létrehozásának problémáját stb. Newton kidolgozta az ellenállás törvényét és a belső súrlódás alaptörvényét folyadékokban és gázokban, képletet adott a hullámterjedés sebességére.

Gyűjtemény kimenete:

ALAKULÁSTÖRTÉNETELEMZŐ MECHANIKA

Koroljev Vlagyimir Sztyepanovics

egyetemi docens, Cand. Fiz.-Matek. Tudományok,

Szentpétervári Állami Egyetem,
Orosz Föderáció, Szentpétervár

ALAKULÁSTÖRTÉNETAZ ELEMZŐ MECHANIKA

Vlagyimir Koroljov

a fizikai és matematikai tudományok kandidátusa, egyetemi adjunktus,

Szentpétervári Állami Egyetem,
Oroszország, Szentpétervár

annotáció

A mechanika tudomány klasszikusainak az elmúlt években elkészült munkáit veszik figyelembe. Kísérlet történt, hogy értékeljék hozzájárulásukat a tudomány további fejlődéséhez.

Absztrakt

A tudomány klasszikusainak a mechanikával kapcsolatos, az elmúlt években készült munkáit tekintjük. Megpróbálják megbecsülni, hogyan járulnak hozzá a tudomány további fejlődéséhez.

Kulcsszavak: mechanika története; a tudomány fejlődése.

kulcsszavak: mechanika története; a tudomány fejlődése.

Bevezetés

Mechanika a mozgás tudománya. Az elméleti vagy elemző szavak azt mutatják, hogy az előadás nem alkalmaz állandó hivatkozást a kísérletezésre, hanem matematikai modellezéssel valósul meg axiomatikusan elfogadott posztulátumok és állítások alapján, amelyek tartalmát az anyagi világ mély tulajdonságai határozzák meg.

Elméleti mechanika a tudományos ismeretek alapvető alapja. Nehéz egyértelmű határvonalat húzni az elméleti mechanika és a matematika vagy a fizika egyes ágai között. A mechanikai problémák megoldásában megalkotott számos módszer a belső matematikai nyelven megfogalmazva elvont folytatást kapott, és a matematika és más tudományok új ágainak létrehozásához vezetett.

Az elméleti mechanika vizsgálatának tárgya különálló anyagi testek vagy kiválasztott testrendszerek, amelyek mozgásuk és kölcsönhatásuk folyamatában önmaguk és a környező világ között, amikor a relatív térbeli és időbeli helyzet megváltozik. Általánosan elfogadott, hogy a minket körülvevő tárgyak szinte teljesen szilárd testek. A deformálódó testeket, folyékony és gáznemű anyagokat szinte egyáltalán nem veszik figyelembe, vagy közvetve, a kiválasztott mechanikai rendszerek mozgására gyakorolt ​​hatásuk révén. Az elméleti mechanika a mechanikai mozgásformák általános törvényszerűségeivel és a mechanikai rendszerek lehetséges viselkedésének leírására szolgáló matematikai modellek felépítésével foglalkozik. A kísérletekben vagy speciális fizikai kísérletekben megállapított, bizonyítást nem igénylő axiómákként vagy igazságként felvett törvényeken alapul, valamint számos alapvető (sok tudományágban közös) és speciális fogalmat és definíciót használ. Csak megközelítőleg helytállóak és megkérdőjelezték őket, ami új elméletek és további kutatási irányok megjelenéséhez vezetett. Nem adunk meg egy ideális mozdulatlan teret vagy annak metrikáját, valamint egyenletes mozgási folyamatokat, amelyekkel abszolút pontos időintervallumokat lehetne számolni.

Tudományként a Kr.e. IV. században keletkezett az ógörög tudósok munkáiban, mivel a fizikával és a matematikával együtt halmozódott fel a tudás, az első századig a különböző filozófiai iskolák aktívan fejlesztették, és önálló irányzatként emelkedett ki. Mára számos olyan tudományos irány, irányzat, módszer és kutatási lehetőség alakult ki, amelyek az összes felhalmozott tudás alapján külön hipotéziseket vagy elméleteket alkotnak leírásra, modellezésre. A természettudományok számos vívmánya fejleszti vagy egészíti ki az alapfogalmakat a mechanika problémáiban tér, amelyet a méret és a szerkezet határoz meg, ügy vagy olyan anyag, amely kitölti a teret, mozgás mint az anyag létezésének formája, energia mint a mozgalom egyik fő jellemzője.

A klasszikus mechanika megalapítói

· építészet Tarentsky (i. e. 428-365), a püthagorasz filozófiai iskola képviselője volt az egyik első, aki a mechanika problémáit dolgozta ki.

· Plató(427-347), Szókratész tanítványa, számos problémát dolgozott ki és tárgyalt a filozófiai iskolán belül, megalkotta az ideális világ elméletét és az ideális állapot tanát.

· Arisztotelész(384-322), Platón tanítványa, kialakította a mozgás általános elveit, megalkotta az égi szférák mozgáselméletét, a virtuális sebességek elvét, a mozgás forrásának a külső hatásokra ható erőket tekintette.

1. kép

· Eukleidész(340-287) számos matematikai posztulátumot és fizikai hipotézist fogalmazott meg, lefektette a klasszikus mechanikában használt geometria alapjait.

· Archimedes(287-212), lefektette a mechanika és a hidrosztatika, az egyszerű gépek elméletének alapjait, feltalálta az Archimedes-csavart a vízellátáshoz, a kart és számos különféle emelő- és katonai gépet.

2. ábra.

· Hipparkhosz(180-125), megalkotta a Hold mozgásának elméletét, elmagyarázta a Nap és a bolygók látszólagos mozgását, és bevezette a földrajzi koordinátákat.

· Gém Alexandriai (Kr. e. 1. század), emelőszerkezeteket és eszközöket kutatott, feltalált automata ajtókat, gőzturbinát, elsőként alkotott programozható eszközöket, foglalkozott hidrosztatikával és optikával.

· Ptolemaiosz(Kr. u. 100-178), mechanikus, optikus, csillagász, a világ geocentrikus rendszerét javasolta, tanulmányozta a Nap, a Hold és a bolygók látszólagos mozgását.

3. ábra

A tudomány tovább fejlődött ben reneszánsz számos európai tudós tanulmányában.

· Leonardo da Vinci(1452-1519), egyetemes alkotó ember, sok elméleti és gyakorlati mechanikával foglalkozott, az emberi mozgások mechanikáját és a madarak repülését tanulmányozta.

· Nicholas Kopernikusz(1473-1543), kifejlesztette a világ heliocentrikus rendszerét, és közzétette az égi szférák forradalmáról című könyvében.

· Tycho Brahe(1546-1601), elhagyta az égitestek mozgásának legpontosabb megfigyelését, megpróbálta kombinálni Ptolemaiosz és Kopernikusz rendszereit, de modelljében a Nap és a Hold a Föld körül, az összes többi bolygó pedig a Nap körül kering.

4. ábra

· Galileo Galilei(1564-1642) kutatásokat végzett az anyagok statikájával, dinamikájával és mechanikájával kapcsolatban, felvázolta a legfontosabb alapelveket és törvényeket, amelyek az új dinamika létrejöttéhez vezető utat körvonalazták, feltalálta a távcsövet, valamint felfedezte a Mars és a Jupiter műholdakat.

5. ábra

· Johannes Kepler(1571-1630), javasolta a bolygók mozgásának törvényeit, és lefektette az égi mechanika alapjait. A bolygómozgás törvényeinek felfedezését Tycho Brahe csillagász megfigyelési táblázatainak feldolgozásának eredményei tették meg.

6. ábra

Az analitikus mechanika megalapítói

Elemző Mechanika három, egymást szinte szorosan követő generáció képviselőinek munkája hozta létre.

1687-re nyúlik vissza Newton "A természetfilozófia matematikájának alapelvei" című könyve. Halála évében a húszéves Euler publikálta első tanulmányát a matematikai elemzés mechanikában való alkalmazásáról. Hosszú évekig Szentpéterváron élt, tudományos közlemények százait publikálta, és ezzel hozzájárult az Orosz Tudományos Akadémia megalakulásához. Öt évvel Euler után. Lagrange 52 évesen adja ki az Analytical Dynamics című kiadványt. Újabb 30 év telik el, és három híres kortárs, Hamilton, Ostrogradsky és Jacobi analitikus dinamikájáról szóló munkái jelennek meg. A mechanika fő fejlesztését az európai tudósok tanulmányaiban kapta.

· keresztény Huygens(1629-1695) feltalálta az ingaórát, a rezgések terjedésének törvényét, kidolgozta a fény hullámelméletét.

· Robert Hooke(1635-1703), tanulmányozta a bolygómozgások elméletét, Newtonnak írt levelében kifejezte az egyetemes gravitáció törvényének gondolatát, tanulmányozta a légnyomást, a folyadék felületi feszültségét, felfedezte a rugalmas testek deformációjának törvényét.

7. ábra Robert Hooke

· Isaac Newton(1643-1727), megteremtette a modern elméleti mechanika alapjait, "A természetfilozófia matematikai alapelvei" című főművében összefoglalta elődei eredményeit, meghatározta az alapfogalmakat és megfogalmazta az alaptörvényeket, elvégezte az indoklást és kapott. két test problémájának általános megoldása. A latinról oroszra fordítást A.N. akadémikus készítette. Krilov.

8. ábra

· Gottfried Leibniz(1646-1716), bevezette a munkaerő fogalmát, megfogalmazta a legkisebb cselekvés elvét, vizsgálta az anyagok ellenállásának elméletét.

· Johann Bernoulli(1667-1748), megoldotta a brachistochrone problémáját, kidolgozta az ütközések elméletét, tanulmányozta a testek mozgását ellenálló közegben.

· Leonhard Euler(1707-1783), az analitikus dinamika alapjait a „Mechanika vagy a mozgás tudománya analitikus előadásban” című könyvében, a súlypontban rögzített nehéz, merev test mozgásának esetét elemezte, alapítója hidrodinamika, kidolgozta a lövedékrepülés elméletét, bevezette a tehetetlenségi erő fogalmát.

9. ábra

· farmer Leron d'Alembert(1717-1783), megkapta az anyagi rendszerek mozgásegyenleteinek összeállításának általános szabályait, tanulmányozta a bolygók mozgását, meghatározta a dinamika alapelveit a "Treatise on Dynamics" című könyvben.

· József Louis Lagrange(1736-1813) "Analitikai dinamika" című munkájában javasolta a lehetséges elmozdulások elvét, általánosított koordinátákat vezetett be, és új formát adott a mozgásegyenleteknek, felfedezte a merev test forgási egyenletei megoldhatóságának új esetét.

E tudósok munkái befejezték a modern klasszikus mechanika alapjainak felépítését, megalapozták az infinitezimálisok elemzését. Kidolgozásra került egy mechanika tantárgy, amelyet szigorúan elemző módon, általános matematikai elv alapján mutattak be. Ezt a kurzust "analitikai mechanikának" hívták. A mechanika fejlődése olyan nagy volt, hogy hatással volt az akkori filozófiára, amely a „mechanizmus” megalkotásában nyilvánult meg.

A mechanika fejlődését elősegítette az is, hogy csillagászok, matematikusok és fizikusok érdeklődtek a látható égitestek (Hold, bolygók, üstökösök) mozgásának meghatározásának problémái iránt. Kopernikusz, Galilei és Kepler felfedezései és munkái, d'Alembert és Poisson Hold mozgáselmélete, Laplace ötkötetes égi mechanikája és más klasszikusok lehetővé tették egy meglehetősen teljes mozgáselmélet megalkotását gravitációs tér, lehetővé téve az analitikai és numerikus módszerek alkalmazását a mechanika egyéb problémáinak tanulmányozására. A mechanika továbbfejlődése koruk kiemelkedő tudósainak munkáihoz kapcsolódik.

· Pierre Laplace(1749-1827), befejezte az univerzális gravitáció törvényén alapuló égi mechanika megalkotását, bebizonyította a Naprendszer stabilitását, kidolgozta az apályok és áramlások elméletét, vizsgálta a Hold mozgását és meghatározta a Föld szferoidának összenyomódását. , alátámasztotta a Naprendszer kialakulásának hipotézisét.

10. ábra.

· Jean Baptiste Fourier(1768-1830), megalkotta a parciális differenciálegyenletek elméletét, kidolgozta a függvények trigonometrikus sorozatok formájában történő ábrázolásának doktrínáját, feltárta a virtuális munka elvét.

· Károly Gauss(1777-1855), nagy matematikus és mechanikus, publikálta az égitestek mozgásának elméletét, meghatározta a Ceres bolygó helyzetét, tanulmányozta a potenciálok elméletét és az optikát.

· Louis Poinsot(1777-1859), általános megoldást javasolt a testmozgás problémájára, bevezette a tehetetlenségi ellipszoid fogalmát, számos statikai és kinematikai problémát tanulmányozott.

· Simeon Poisson(1781-1840), gravitációs és elektrosztatikai problémák megoldásával foglalkozott, általánosította a rugalmasság elméletét és az élőerők elvén alapuló mozgásegyenleteket.

· Mihail Vasziljevics Osztrogradszkij(1801-1862), nagy matematikus és mechanikus, munkái az analitikus mechanikához, a rugalmasságelmélethez, az égi mechanikához, a hidromechanikához kapcsolódnak, a dinamika általános egyenleteit tanulmányozta.

· Carl Gustav Jacobi(1804-1851), új megoldásokat javasolt a dinamika egyenleteire, kidolgozta a mozgásegyenletek integrálásának általános elméletét, használta a mechanika kanonikus egyenleteit és a parciális differenciálegyenleteket.

· William Rowan Hamilton(1805-1865) kanonikus formába hozta egy tetszőleges mechanikai rendszer mozgásegyenleteit, bevezette a kvaterniók és vektorok fogalmát, megalapozta a mechanika általános integrál variációs elvét.

11. ábra.

· Hermann Helmholtz(1821-1894) az energiamegmaradás törvényének matematikai értelmezését adta, megalapozta a legkisebb hatás elvének széleskörű alkalmazását az elektromágneses és optikai jelenségekre.

· Nyikolaj Vlagyimirovics Maievszkij(1823-1892), az orosz ballisztikai tudományos iskola megalapítója, megalkotta a lövedék forgómozgásának elméletét, elsőként vette figyelembe a légellenállást.

· Pafnuty Lvovics Csebisev(1821-1894), a gépek és mechanizmusok elméletét tanulmányozta, gőzgépet, centrifugális szabályozót, járó- és evezős mechanizmusokat készített.

12. ábra.

· Gustav Kirchhoff(1824-1887) a rugalmas testek alakváltozását, mozgását és egyensúlyát tanulmányozta, a mechanika logikai felépítésén dolgozott.

· Sofia Vasziljevna Kovalevszkaja(1850-1891), a test fix pont körüli forgómozgásának elméletével foglalkozott, felfedezte a probléma megoldásának harmadik klasszikus esetét, tanulmányozta a Laplace-problémát a Szaturnusz gyűrűinek egyensúlyára vonatkozóan.

13. ábra.

· Henrik Hertz(1857-1894) a főbb munkákat az elektrodinamikának és a mechanika általános tételeinek szentelik egyetlen elv alapján.

A mechanika modern fejlődése

A huszadik században számos új mechanikai probléma megoldásával foglalkoztak és foglalkoznak ma is. Ez különösen a modern számítástechnikai eszközök megjelenése után volt aktív. Mindenekelőtt a szabályozott mozgás, a térdinamika, a robotika, a biomechanika, a kvantummechanika új komplex problémáiról van szó. Meg lehet jegyezni kiemelkedő tudósok, számos egyetemi tudományos iskola és kutatócsoport munkáját Oroszországban.

· Nikolaj Egorovics Zsukovszkij(1847-1921), az aerodinamika megalapítója, egy fix ponttal rendelkező merev test mozgását és a mozgásstabilitás problémáját tanulmányozta, képletet állított le a szárny felhajtóerejének meghatározására, valamint tanulmányozta az ütközés elméletét.

14. ábra.

· Alekszandr Mihajlovics Ljapunov(1857-1918), a főbb munkák a mechanikai rendszerek egyensúly- és mozgásstabilitáselméletének, a modern stabilitáselmélet megalapozójának szentelték.

· Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij(1857-1935), a modern asztronautika, az aerodinamika és a rakétadinamika megalapítója, megalkotta a légpárnás jármű elméletét, valamint az egyfokozatú és többlépcsős rakéták mozgáselméletét.

· Ivan Vsevolodovics Mescserszkij(1859-1935), változó tömegű testek mozgását tanulmányozta, mechanikai feladatgyűjteményt állított össze, amelyet ma is használnak.

15. ábra.

· Alekszej Nyikolajevics Krilov(1863-1945), a főbb kutatások a szerkezeti mechanikához és a hajógyártáshoz, a hajó elsüllyeszthetetlenségéhez és stabilitásához, a hidromechanikához, a ballisztikához, az égi mechanikához, a sugárhajtás elméletéhez, a giroszkóp elméletéhez és a numerikus módszerekhez kapcsolódnak, oroszra fordítva. a tudomány számos klasszikusának művei.

· Szergej Alekszejevics Chaplygin(1869-1942), a nemholonómikus mechanikához, hidrodinamikához, repüléselmélethez és aerodinamikához kapcsolódó főbb munkák teljes megoldást adtak a légáramlás áramvonalas testre gyakorolt ​​hatásának problémájára.

· Albert Einstein(1879-1955) megfogalmazta a speciális és általános relativitáselméletet, megalkotta a tér-idő összefüggések új rendszerét, és megmutatta, hogy a gravitáció a tér és az idő inhomogenitásának kifejeződése, amelyet az anyag jelenléte idéz elő.

· Alekszandr Alekszandrovics Fridman(1888-1925) megalkotta a nem stacionárius univerzum modelljét, ahol megjósolta az univerzum tágulásának lehetőségét.

· Nyikolaj Gurevics Csetajev(1902-1959) mechanikai rendszerek perturbált mozgásának tulajdonságait, a mozgásstabilitás kérdéseit tanulmányozták, bebizonyították az egyensúlyi instabilitás alaptételeit.

16. ábra.

· Lev Szemenovics Pontrjagin(1908-1988) az oszcillációelméletet, a variációszámítást, a szabályozáselméletet kutatta, az optimális folyamatok matematikai elméletének megalkotója.

17. ábra.

Lehetséges, hogy már az ókorban és az azt követő időszakokban is léteztek tudásközpontok, tudományos iskolák és a népek vagy civilizációk tudományának és kultúrájának tanulmányozási területei: Ázsiában az arab, kínai vagy indiai, Amerikában a maja nép, ahol megjelentek az eredmények , de az európai filozófiai és tudományos iskolák sajátos módon fejlődtek, anélkül, hogy mindig odafigyeltek volna más kutatók felfedezéseire vagy elméleteire. Különböző időkben a latin, a német, a francia, az angol nyelvet használták a kommunikációhoz... Szükség volt a rendelkezésre álló szövegek pontos fordítására és a képletek közös jelölésére. Ez megnehezítette, de nem akadályozta meg a fejlődést.

A modern tudomány tanulmányozni próbál egyetlen komplexum minden létezőből, ami a körülöttünk lévő világban oly sokrétűen megnyilvánul.Mára számos tudományos irány, irányzat, módszer és kutatási lehetőség alakult ki A klasszikus mechanika tanulmányozása során hagyományosan megkülönböztetik a kinematikát, a statikát és a dinamikát, mint pl. a fő szakaszok. Egy független szakasz vagy tudomány alkotta az égi mechanikát, az elméleti csillagászat részeként, valamint a kvantummechanikát.

A dinamika alapfeladatai egy testrendszer mozgásának meghatározásából áll a figyelembe vett ismert aktív erők alapján, vagy az erők meghatározásából egy ismert mozgástörvény szerint. Ellenőrzés a dinamika problémáiban feltételezi, hogy lehetőség van a mozgási folyamat megvalósításának feltételeinek megváltoztatására a folyamatot meghatározó vagy a mozgásegyenletekben szereplő paraméterek vagy függvények saját megválasztása szerint, az adottnak megfelelően. követelmények, kívánságok vagy kritériumok.

Analitikai, elméleti, klasszikus, alkalmazott,

Racionális, irányított, égi, kvantum…

Ez mind Mechanics különböző bemutatókban!

Bibliográfia:

1. Aleshkov Yu.Z. Kiváló alkalmazott matematikai munka. SPb.: Szerk. Szentpétervári Állami Egyetem, 2004. - 309 p.
2. Bogomolov A.N. A mechanika matematikája. Életrajzi útmutató. Kijev: Szerk. Naukova Dumka, 1983. - 639 p.
3. Vavilov S.I. Isaac Newton. 4. kiadás, add. M.: Nauka, 1989. - 271 p.
4. Krylov A.N. Isaac Newton: A természetfilozófia matematikai alapelvei. Fordítás latinból, megjegyzésekkel és magyarázatokkal a flottáról, A.N altábornagytól. Krilov. // A Nikolaev Marine Academy közleményei (4. szám), Petrograd. 1. könyv 1915. 276 p., 2. könyv 1916. (5. szám). 344 p. vagy a könyvben: A.N. Krilov. Művek gyűjteménye. M.-L. A Szovjetunió Tudományos Akadémia Kiadója. T. 7. 1936. 696 p. vagy a Classics of Science sorozatban: I. Newton. A természetfilozófia matematikai alapelvei. Fordítás lat. és A.N. megjegyzései Krilov. M.: Tudomány. 1989. - 687 p.
5. Az orosz tudomány emberei // Esszék a természettudomány és a technológia kiemelkedő alakjairól. (Matematika. Mechanika. Csillagászat. Fizika. Kémia). Cikkgyűjtemény, szerk. I.V. Kuznyecova. M.: Fizmatlit, 1961. 600 p.
6. Novoselov V.S., Korolev V.S. Ellenőrzött rendszer analitikai mechanikája. SPb.: Szerk. Szentpétervári Állami Egyetem, 2005. 298 p.
7. Novoselov V.S. Kvantummechanika és statisztikus fizika. SPb.: Szerk. VVM, 2012. 182 p.
8. Polyakhova E.N. A klasszikus égi mechanika a Pétervári Matematikai és Mechanikai Iskola munkáiban a XIX. SPb.: Szerk. Nestor-History, 2012. 140 p.
9. Polyakhova E.N., Korolev V.S., Kholshevnikov K.V. A tudomány klasszikusainak műveinek fordításai A.N. akadémikustól. Krilov. "Természet- és matematikai tudományok a modern világban" 2(26). Novoszibirszk: Szerk. SibAK, 2015. S. 108-128.
10. Poincare A. A tudományról. Per. fr. szerk. L.S. Pontrjagin. M.: Nauka, 1990. 736 p.
11. Tyulina I.A., Chinenova V.N. A mechanika története az ötletek, elvek és hipotézisek fejlődésének prizmáján keresztül. M.: URSS (Librocom), 2012. 252 p.

1. definíció

A klasszikus mechanika a fizika egyik alszaka, amely a fizikai testek mozgását vizsgálja Newton törvényei alapján.

A klasszikus mechanika alapfogalmai a következők:

• tömeg - a tehetetlenség fő mértéke, vagy az anyag azon képessége, hogy fenntartsa a nyugalmi állapotát külső tényezők hatásának hiányában;
• erő - hat a testre, és megváltoztatja mozgásának állapotát, ami gyorsulást okoz;
• belső energia - meghatározza a vizsgált elem aktuális állapotát.

A fizika e szakaszának további, hasonlóan fontos fogalmai a következők: hőmérséklet, impulzus, szögimpulzus és anyagtérfogat. Egy mechanikai rendszer energiája főként a mozgási energiából és a potenciális erőből áll, amely az adott rendszerben ható elemek helyzetétől függ. Ezekre a fizikai mennyiségekre vonatkozóan a klasszikus mechanika alapvető megmaradási törvényei érvényesülnek.

A klasszikus mechanika megalapítói

Megjegyzés 1

A klasszikus mechanika alapjait Galilei gondolkodó, valamint Kepler és Kopernikusz sikeresen lefektette az égitestek gyors mozgási mintáinak vizsgálatakor.

1. ábra A klasszikus mechanika alapelvei. Author24 - hallgatói dolgozatok online cseréje

Érdekes módon a fizikát és a mechanikát hosszú ideig csillagászati ​​események összefüggésében tanulmányozták. Kopernikusz tudományos munkáiban amellett érvelt, hogy az égitestek kölcsönhatási mintáinak helyes kiszámítása leegyszerűsíthető, ha eltérünk a korábban Arisztotelész által lefektetett alapelvektől, és ezt tekintjük a geocentrikusról a világba való átmenet kiindulópontjának. heliocentrikus koncepció.

A tudós elképzeléseit munkatársa, Kepler formálta tovább az anyagi testek három mozgástörvényében. A második törvény különösen azt mondta ki, hogy a Naprendszer összes bolygója egyenletes mozgást végez elliptikus pályán, a Nap fő fókuszával.

A következő jelentős hozzájárulást a klasszikus mechanika fejlődéséhez Galileo feltaláló tette, aki az égitestek mechanikai mozgásának alapvető posztulátumait tanulmányozva, különösen a gravitációs erők hatására, egyszerre öt univerzálisat mutatott be a nyilvánosságnak. az anyagok fizikai mozgásának törvényei.

A kortársak azonban a klasszikus mechanika kulcsfontosságú megalapítójának babérjait Isaac Newtonnak tulajdonítják, aki a „Természetfilozófia matematikai kifejezése” című híres tudományos munkájában leírta a mozgásfizika azon definícióinak szintézisét, amelyeket korábban elődei ismertettek.

2. ábra A klasszikus mechanika variációs elvei. Author24 - hallgatói dolgozatok online cseréje

Newton világosan megfogalmazta a mozgás három alaptörvényét, amelyek róla nevezték el, valamint az univerzális gravitáció elméletét, amely vonalat húzott Galilei kutatásai elé, és megmagyarázta a szabadon eső testek jelenségét. Így egy új, jobb kép alakult ki a világról.

A klasszikus mechanika alap- és variációs elvei

A klasszikus mechanika pontos eredményeket biztosít a kutatóknak a mindennapi életben gyakran előforduló rendszerekre vonatkozóan. De végül helytelenné válnak más fogalmak esetében, amelyek sebessége majdnem megegyezik a fény sebességével. Ezután a relativisztikus és a kvantummechanika törvényeit kell alkalmazni a kísérletekben. Azoknál a rendszereknél, amelyek több tulajdonságot kombinálnak egyszerre, a klasszikus mechanika helyett a kvantumterület elméletét alkalmazzák. A sokkomponensű vagy szabadságszintű fogalmak esetében a fizika tanulmányozási iránya is megfelelő a statisztikai mechanika módszereinek alkalmazásakor.

Manapság a klasszikus mechanika következő főbb elveit különböztetjük meg:

1. A térbeli és időbeli elmozdulások (elfordulások, eltolódások, szimmetriák) tekintetében az invariancia elve: a tér mindig homogén, kezdeti elhelyezkedése és az anyagi vonatkoztatási testhez viszonyított tájolása nem befolyásolja a zárt rendszeren belüli folyamatok lefolyását.
2. A relativitás elve: a fizikai folyamatok áramlását egy elszigetelt rendszerben nem befolyásolja annak egyenes vonalú mozgása a referencia fogalmához képest; az ilyen jelenségeket leíró törvények a fizika különböző ágaiban azonosak; maguk a folyamatok ugyanazok lesznek, ha a kezdeti feltételek azonosak lennének.

2. definíció

A variációs elvek az analitikus mechanika kezdeti, alapvető rendelkezései, amelyek matematikailag egyedi variációs relációk formájában fejeződnek ki, amelyekből logikai következményként differenciális mozgásképletek következnek, valamint a klasszikus mechanika mindenféle rendelkezése és törvénye.

A legtöbb esetben a fő jellemző, amellyel a valós mozgás megkülönböztethető a kinematikai mozgások figyelembe vett osztályától, a stacionaritási feltétel, amely biztosítja a további leírás változatlanságát.

4. ábra A nagy hatótávolságú cselekvés elve. Author24 - hallgatói dolgozatok online cseréje

A klasszikus mechanika variációs szabályai közül az első a lehetséges vagy virtuális elmozdulások elve, amely lehetővé teszi, hogy megtaláljuk a megfelelő egyensúlyi helyzeteket egy anyagi pontrendszerhez. Ezért ez a minta segít megoldani a statika összetett problémáit.

A következő elvet a legkisebb kényszernek nevezzük. Ez a posztulátum az anyagi pontok rendszerének bizonyos mozgását feltételezi, amelyek kaotikus módon közvetlenül kapcsolódnak egymáshoz, és ki vannak téve a környezet bármely hatásának.

A klasszikus mechanika másik fő variációs javaslata a legegyenesebb út elve, ahol bármely szabad rendszer nyugodt vagy egyenletes mozgás állapotában van meghatározott vonalak mentén, összehasonlítva bármely más ívekkel, amelyeket a kapcsolatok lehetővé tesznek, és amelyeknek közös kiindulási pontja és érintője van.

Működési elv a klasszikus mechanikában

A mechanikai mozgás Newton-egyenlete sokféleképpen megfogalmazható. Az egyik a Lagrange-i formalizmuson keresztül, más néven Lagrange-mechanikán keresztül. Ez az elv ugyan teljesen egyenértékű a klasszikus fizika Newton-törvényeivel, de a cselekvés értelmezése jobban megfelel minden fogalom általánosítására, és fontos szerepet játszik a modern tudományban. Valójában ez az elv egy bonyolult általánosítás a fizikában.

Ez különösen a kvantummechanika keretein belül teljesen érthető. A kvantummechanika Richard Feynman pályaintegrálok segítségével történő értelmezése az állandó kölcsönhatás elvén alapul.

A fizika számos problémája megoldható a működési elv alkalmazásával, amely képes megtalálni a feladatok leggyorsabb és legegyszerűbb megoldását.

Például a fény egy optikai rendszeren keresztül találja meg a kiutat, és ugyanezen működési elv alapján detektálható egy anyagi test pályája a gravitációs térben.

A szimmetriák minden helyzetben jobban megérthetők ennek a koncepciónak az Euler-Lagrange egyenletekkel együtt történő alkalmazásával. A klasszikus mechanikában a további cselekvés helyes megválasztása kísérletileg igazolható Newton mozgástörvényeiből. És fordítva, a cselekvés elve alapján a newtoni egyenletek a gyakorlatban valósulnak meg, hozzáértő cselekvésválasztás mellett.

Így a klasszikus mechanikában a hatáselvet ideálisan egyenértékűnek tekintik a Newton-féle mozgásegyenletekkel. Ennek a módszernek az alkalmazása nagymértékben leegyszerűsíti az egyenletek megoldását a fizikában, mivel ez egy skalárelmélet, elemi számítást alkalmazó alkalmazásokkal és származékokkal.