mekanika klasik. Pembentukan pengetahuan anak sekolah tentang struktur teori fisika Prinsip dasar mekanika klasik

Lihat juga: Portal:Fisika

mekanika klasik- sejenis mekanika (cabang fisika yang mempelajari hukum perubahan posisi benda dalam ruang dari waktu ke waktu dan penyebab yang menyebabkannya), berdasarkan hukum Newton dan prinsip relativitas Galileo. Oleh karena itu, sering disebut mekanika Newton».

Mekanika klasik dibagi menjadi:

statika (yang mempertimbangkan keseimbangan benda)
kinematika (yang mempelajari sifat geometris gerak tanpa mempertimbangkan penyebabnya)
dinamika (yang mempertimbangkan pergerakan tubuh).

Ada beberapa cara yang setara untuk secara formal menggambarkan mekanika klasik secara matematis:

Formalisme Lagrangian
Formalisme Hamilton

Mekanika klasik memberikan hasil yang sangat akurat jika penerapannya terbatas pada benda yang kecepatannya jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya, dan yang dimensinya jauh lebih besar daripada ukuran atom dan molekul. Generalisasi mekanika klasik untuk benda yang bergerak dengan kecepatan sewenang-wenang adalah mekanika relativistik, dan untuk benda yang dimensinya sebanding dengan atom - mekanika kuantum. Teori medan kuantum mempertimbangkan efek relativistik kuantum.

Namun demikian, mekanika klasik mempertahankan nilainya karena:

itu jauh lebih mudah untuk dipahami dan digunakan daripada teori-teori lain
dalam jangkauan yang luas, itu menggambarkan realitas dengan cukup baik.

Mekanika klasik dapat digunakan untuk menggambarkan gerakan objek seperti puncak dan bola, banyak objek astronomi (seperti planet dan galaksi), dan terkadang bahkan banyak objek mikroskopis seperti molekul.

Mekanika klasik merupakan teori self-consistent, yaitu dalam kerangkanya tidak ada pernyataan yang saling bertentangan. Namun, kombinasinya dengan teori klasik lainnya, seperti elektrodinamika klasik dan termodinamika, menyebabkan kontradiksi yang tak terpecahkan. Secara khusus, elektrodinamika klasik memprediksi bahwa kecepatan cahaya adalah konstan untuk semua pengamat, yang tidak konsisten dengan mekanika klasik. Pada awal abad ke-20, hal ini menyebabkan perlunya dibuat teori relativitas khusus. Ketika dipertimbangkan bersama dengan termodinamika, mekanika klasik mengarah ke paradoks Gibbs, di mana tidak mungkin untuk secara akurat menentukan jumlah entropi, dan bencana ultraviolet, di mana benda hitam harus memancarkan energi dalam jumlah tak terbatas. Upaya untuk memecahkan masalah ini menyebabkan munculnya dan perkembangan mekanika kuantum.

Konsep dasar

Mekanika klasik beroperasi dengan beberapa konsep dan model dasar. Di antara mereka harus disorot:

Hukum Dasar

prinsip relativitas Galileo

Prinsip dasar yang mendasari mekanika klasik adalah prinsip relativitas, yang dirumuskan berdasarkan pengamatan empiris oleh G. Galileo. Menurut prinsip ini, ada banyak kerangka acuan di mana benda bebas diam atau bergerak dengan kecepatan konstan dalam nilai dan arah absolut. Kerangka acuan ini disebut inersia dan bergerak relatif satu sama lain secara seragam dan lurus. Dalam semua kerangka acuan inersia, sifat ruang dan waktu adalah sama, dan semua proses dalam sistem mekanis mematuhi hukum yang sama. Prinsip ini juga dapat dirumuskan sebagai tidak adanya sistem referensi absolut, yaitu sistem referensi yang entah bagaimana dibedakan relatif terhadap yang lain.

hukum Newton

Tiga hukum Newton adalah dasar dari mekanika klasik.

Hukum kedua Newton tidak cukup untuk menggambarkan gerakan partikel. Selain itu, deskripsi gaya diperlukan, diperoleh dari pertimbangan esensi interaksi fisik di mana tubuh berpartisipasi.

Hukum kekekalan energi

Hukum kekekalan energi merupakan konsekuensi dari hukum Newton untuk sistem konservatif tertutup, yaitu sistem di mana hanya gaya konservatif yang bekerja. Dari sudut pandang yang lebih mendasar, ada hubungan antara hukum kekekalan energi dan homogenitas waktu, yang diungkapkan oleh teorema Noether.

Di luar penerapan hukum Newton

Mekanika klasik juga mencakup deskripsi gerakan kompleks dari objek tak bertitik yang diperpanjang. Hukum Euler memberikan perpanjangan hukum Newton ke daerah ini. Konsep momentum sudut bergantung pada metode matematika yang sama yang digunakan untuk menggambarkan gerakan satu dimensi.

Persamaan gerak roket memperluas konsep kecepatan ketika momentum suatu benda berubah dari waktu ke waktu untuk memperhitungkan efek seperti kehilangan massa. Ada dua alternatif formulasi penting dari mekanika klasik: mekanika Lagrange dan mekanika Hamiltonian. Formulasi ini dan formulasi modern lainnya cenderung mengabaikan konsep "gaya", dan menekankan kuantitas fisik lainnya, seperti energi atau aksi, untuk menggambarkan sistem mekanis.

Ekspresi di atas untuk momentum dan energi kinetik hanya berlaku jika tidak ada kontribusi elektromagnetik yang signifikan. Dalam elektromagnetisme, hukum kedua Newton untuk kawat yang membawa arus dilanggar jika tidak termasuk kontribusi medan elektromagnetik terhadap momentum sistem yang dinyatakan dalam vektor Poynting dibagi dengan C 2 , dimana C adalah kecepatan cahaya di ruang bebas.

Sejarah

zaman dahulu

Mekanika klasik berasal dari zaman kuno terutama sehubungan dengan masalah yang muncul selama konstruksi. Bagian pertama dari mekanika yang dikembangkan adalah statika, yang fondasinya diletakkan dalam karya Archimedes pada abad ke-3 SM. e. Dia merumuskan aturan tuas, teorema tentang penambahan gaya paralel, memperkenalkan konsep pusat gravitasi, meletakkan dasar hidrostatik (gaya Archimedes).

Abad Pertengahan

waktu baru

abad ke-17

abad ke 18

abad ke-19

Pada abad ke-19, perkembangan mekanika analitik berlangsung dalam karya-karya Ostrogradsky, Hamilton, Jacobi, Hertz, dan lain-lain.Dalam teori getaran, Routh, Zhukovsky, dan Lyapunov mengembangkan teori stabilitas sistem mekanik. Coriolis mengembangkan teori gerak relatif dengan membuktikan teorema percepatan. Pada paruh kedua abad ke-19, kinematika dipisahkan menjadi bagian mekanika yang terpisah.

Khususnya yang signifikan pada abad ke-19 adalah kemajuan dalam mekanika kontinum. Navier dan Cauchy merumuskan persamaan teori elastisitas dalam bentuk umum. Dalam karya Navier dan Stokes, persamaan diferensial hidrodinamika diperoleh dengan mempertimbangkan viskositas cairan. Seiring dengan itu, ada pendalaman pengetahuan di bidang hidrodinamika fluida ideal: karya Helmholtz tentang vortisitas, Kirchhoff, Zhukovsky dan Reynolds tentang turbulensi, dan Prandtl tentang efek batas muncul. Saint-Venant mengembangkan model matematika yang menggambarkan sifat plastik logam.

waktu terbaru

Pada abad ke-20, minat peneliti beralih ke efek nonlinier di bidang mekanika klasik. Lyapunov dan Henri Poincaré meletakkan dasar bagi teori osilasi nonlinier. Meshchersky dan Tsiolkovsky menganalisis dinamika benda dengan massa variabel. Aerodinamika menonjol dari mekanika kontinum, yang fondasinya dikembangkan oleh Zhukovsky. Di pertengahan abad ke-20, arah baru dalam mekanika klasik secara aktif berkembang - teori kekacauan. Isu stabilitas sistem dinamis yang kompleks juga tetap penting.

Keterbatasan mekanika klasik

Mekanika klasik memberikan hasil yang akurat untuk sistem yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Tapi prediksinya menjadi salah untuk sistem yang mendekati kecepatan cahaya, di mana ia digantikan oleh mekanika relativistik, atau untuk sistem yang sangat kecil di mana hukum mekanika kuantum berlaku. Untuk sistem yang menggabungkan kedua sifat ini, teori medan kuantum relativistik digunakan sebagai pengganti mekanika klasik. Untuk sistem dengan jumlah komponen yang sangat besar, atau derajat kebebasan, mekanika klasik juga tidak dapat memadai, tetapi metode mekanika statistik digunakan.

Mekanika klasik banyak digunakan karena, pertama, jauh lebih sederhana dan lebih mudah diterapkan daripada teori-teori yang disebutkan di atas, dan, kedua, memiliki kemungkinan besar untuk aproksimasi dan aplikasi untuk kelas objek fisik yang sangat luas, mulai dari yang biasa, seperti seperti gasing atau bola yang berputar, hingga objek astronomi yang besar (planet, galaksi) dan objek yang sangat mikroskopis (molekul organik).

Meskipun mekanika klasik umumnya kompatibel dengan teori "klasik" lainnya seperti elektrodinamika klasik dan termodinamika, ada beberapa ketidakkonsistenan antara teori-teori ini yang ditemukan pada akhir abad ke-19. Mereka dapat diselesaikan dengan metode fisika yang lebih modern. Secara khusus, persamaan elektrodinamika klasik tidak invarian di bawah transformasi Galilea. Kecepatan cahaya memasuki mereka sebagai konstan, yang berarti bahwa elektrodinamika klasik dan mekanika klasik hanya dapat kompatibel dalam satu kerangka acuan yang dipilih yang terkait dengan eter. Namun, verifikasi eksperimental tidak mengungkapkan keberadaan eter, yang mengarah pada penciptaan teori relativitas khusus, di mana persamaan mekanika dimodifikasi. Prinsip-prinsip mekanika klasik juga tidak konsisten dengan beberapa klaim termodinamika klasik, yang mengarah ke paradoks Gibbs, yang menurutnya tidak mungkin untuk secara akurat menentukan entropi, dan bencana ultraviolet, di mana benda hitam harus memancarkan jumlah yang tak terbatas. energi. Untuk mengatasi ketidakcocokan ini, mekanika kuantum diciptakan.

Catatan

tautan internet

Video ceramah 1. Fisika: Mekanika klasik (musim gugur 1999)// Kuliah MIT: 8.01

literatur

Arnold V.I. Avet A. Masalah ergodik mekanika klasik - RHD, 1999. - 284 hal.
B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf. Fisika untuk siswa sekolah menengah dan mereka yang memasuki universitas. - M.: Akademi, 2008. - 720 hal. - (Pendidikan yang lebih tinggi). - 34.000 eksemplar. - ISBN 5-7695-1040-4
Sivukhin D.V. Mata kuliah umum fisika. - Edisi ke-5, stereotip. - M.: Fizmatlit, 2006. - T. I. Mekanika. - 560 hal. - ISBN 5-9221-0715-1
A.N. MATVEEV Mekanika dan Teori Relativitas. - edisi ke-3. - M .: ONYX Abad ke-21: Dunia dan Pendidikan, 2003. - 432 hal. - 5000 eksemplar. - ISBN 5-329-00742-9
C. Kittel, W. Knight, M. Ruderman Mekanika. Kursus Fisika Berkeley. - M.: Lan, 2005. - 480 hal. - (Buku teks untuk universitas). - 2000 eksemplar. - ISBN 5-8114-0644-4

dari Wikipedia, ensiklopedia gratis

mekanika klasik- sejenis mekanika (bagian fisika yang mempelajari hukum perubahan posisi benda dalam ruang dari waktu ke waktu dan penyebab yang menyebabkannya), berdasarkan hukum Newton dan prinsip relativitas Galileo. Oleh karena itu, sering disebut mekanika Newton».

Mekanika klasik dibagi menjadi:

statika (yang mempertimbangkan keseimbangan benda)

kinematika (yang mempelajari sifat geometris gerak tanpa mempertimbangkan penyebabnya)

dinamika (yang mempertimbangkan pergerakan tubuh).

Mekanika klasik memberikan hasil yang sangat akurat jika penerapannya terbatas pada benda yang kecepatannya jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya, dan yang dimensinya jauh lebih besar daripada dimensi atom dan molekul. Mekanika relativistik adalah generalisasi mekanika klasik untuk benda yang bergerak dengan kecepatan yang berubah-ubah, dan mekanika kuantum untuk benda yang dimensinya sebanding dengan atom.Teori medan kuantum mempertimbangkan efek relativistik kuantum.

Namun demikian, mekanika klasik mempertahankan nilainya karena:

itu jauh lebih mudah untuk dipahami dan digunakan daripada teori-teori lain

dalam jangkauan yang luas, itu menggambarkan realitas dengan cukup baik.

Mekanika klasik merupakan teori self-consistent, yaitu dalam kerangkanya tidak ada pernyataan yang saling bertentangan. Namun, kombinasinya dengan teori klasik lainnya, seperti elektrodinamika klasik dan termodinamika, menyebabkan kontradiksi yang tak terpecahkan. Secara khusus, elektrodinamika klasik memprediksi bahwa kecepatan cahaya adalah konstan untuk semua pengamat, yang tidak konsisten dengan mekanika klasik. Pada awal abad ke-20, hal ini menyebabkan perlunya dibuat teori relativitas khusus. Ketika dipertimbangkan bersama dengan termodinamika, mekanika klasik mengarah ke paradoks Gibbs, di mana tidak mungkin untuk secara akurat menentukan jumlah entropi, dan bencana ultraviolet, di mana benda yang benar-benar hitam harus memancarkan energi dalam jumlah tak terbatas. Upaya untuk memecahkan masalah ini menyebabkan munculnya dan perkembangan mekanika kuantum.

10 tiket GAMBAR MEKANIK DUNIA.TERMODINAMIKA

Termodinamika(Yunani - "panas", - "gaya") - cabang fisika yang mempelajari hubungan dan transformasi panas dan bentuk energi lainnya. Termodinamika kimia, yang mempelajari transformasi fisik dan kimia yang terkait dengan pelepasan atau penyerapan panas, serta rekayasa panas, telah dipisahkan menjadi disiplin ilmu yang terpisah.

Dalam termodinamika, seseorang tidak berurusan dengan molekul individu, tetapi dengan benda makroskopik yang terdiri dari sejumlah besar partikel. Badan-badan ini disebut sistem termodinamika. Dalam termodinamika, fenomena termal dijelaskan oleh besaran makroskopik - tekanan, suhu, volume, ..., yang tidak berlaku untuk molekul dan atom individu.

Dalam fisika teoretis, bersama dengan termodinamika fenomenologis, yang mempelajari fenomenologi proses termal, termodinamika statistik dibedakan, yang diciptakan untuk pembenaran mekanis termodinamika dan merupakan salah satu bagian pertama dari fisika statistik.

Termodinamika dapat diterapkan pada berbagai topik dalam sains dan teknologi, seperti mesin, transisi fase, reaksi kimia, fenomena transportasi, dan bahkan lubang hitam. Termodinamika penting untuk bidang fisika dan kimia lainnya, teknik kimia, teknik kedirgantaraan, teknik mesin, biologi sel, teknik biomedis, ilmu material, dan berguna di bidang lain seperti ekonomi.

11 tiket ELEKTRODINAMIKA

Elektrodinamika- bagian fisika yang mempelajari medan elektromagnetik dalam kasus yang paling umum (yaitu, bidang variabel bergantung waktu dipertimbangkan) dan interaksinya dengan benda yang memiliki muatan listrik (interaksi elektromagnetik). Subjek elektrodinamika mencakup hubungan fenomena listrik dan magnet, radiasi elektromagnetik (dalam kondisi berbeda, baik bebas maupun dalam berbagai kasus interaksi dengan materi), arus listrik (secara umum, bolak-balik) dan interaksinya dengan medan elektromagnetik (arus listrik). dapat dianggap di bawah ini sebagai satu set partikel bermuatan yang bergerak). Setiap interaksi listrik dan magnet antara benda bermuatan dianggap dalam fisika modern sebagai dilakukan melalui medan elektromagnetik, dan, oleh karena itu, juga merupakan subjek elektrodinamika.

Paling sering dengan istilah elektrodinamika defaultnya adalah klasik elektrodinamika, yang hanya menjelaskan sifat kontinu medan elektromagnetik melalui sistem persamaan Maxwell; untuk menunjuk teori kuantum modern medan elektromagnetik dan interaksinya dengan partikel bermuatan, istilah stabil biasanya digunakan elektrodinamika kuantum.

12 tiket KONSEP SYMETRI DALAM ILMU PENGETAHUAN ALAM

Teorema Emmy Noether menegaskan bahwa setiap simetri kontinu dari sistem fisik sesuai dengan hukum kekekalan tertentu. Jadi, hukum kekekalan energi sesuai dengan homogenitas waktu, hukum kekekalan momentum dengan homogenitas ruang, hukum kekekalan momentum sudut dengan isotropi ruang, hukum kekekalan muatan listrik untuk mengukur simetri. , dll.

Teorema ini biasanya diformulasikan untuk sistem dengan aksi fungsional dan menyatakan invarian Lagrangian terhadap beberapa kelompok transformasi yang berkesinambungan.

Teorema ini didirikan dalam karya-karya para ilmuwan dari sekolah Göttingen D. Gilbert, F. KleinaiE. tidak. Rumusan yang paling umum dibuktikan oleh Emmy Noether pada tahun 1918.

Jenis simetri yang ditemukan dalam matematika dan ilmu alam:

simetri bilateral - simetri sehubungan dengan refleksi cermin. (simetri bilateral)

simetri orde ke-n - simetri sehubungan dengan rotasi melalui sudut 360 ° / n di sekitar sumbu apa pun. Dijelaskan oleh grup Z n .

simetri aksial (simetri radial, simetri sinar) - simetri sehubungan dengan rotasi melalui sudut sewenang-wenang di sekitar sumbu. Dijelaskan oleh grup SO(2).

simetri bola - simetri sehubungan dengan rotasi dalam ruang tiga dimensi melalui sudut sewenang-wenang. Dijelaskan oleh grup SO(3). Simetri bola lokal dari ruang atau medium disebut juga isotropi.

simetri rotasi adalah generalisasi dari dua simetri sebelumnya.

simetri translasi - simetri sehubungan dengan pergeseran ruang ke segala arah dengan jarak tertentu.

Invarian Lorentz - simetri sehubungan dengan rotasi sewenang-wenang dalam ruang-waktu Minkowski.

invarian pengukur adalah independensi dari jenis persamaan teori pengukur dalam teori medan kuantum (khususnya, teori Yang-Mills) di bawah transformasi pengukur.

supersimetri - simetri teori sehubungan dengan penggantian boson dengan fermion.

simetri yang lebih tinggi - simetri dalam analisis kelompok.

Kainosimetri adalah fenomena konfigurasi elektronik (istilah ini diperkenalkan oleh S. A. Shchukarev, yang menemukannya), yang menentukan periodisitas sekunder (ditemukan oleh E. V. Biron).

13 stasiun layanan tiket

Teori relativitas khusus(RATUS; juga teori relativitas privat) adalah teori yang menjelaskan gerakan, hukum mekanika, hubungan ruang-waktu pada kecepatan arbitrer gerakan yang kurang dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa, termasuk yang mendekati kecepatan cahaya. Dalam kerangka relativitas khusus, mekanika klasik Newton adalah perkiraan kecepatan rendah. Generalisasi SRT untuk medan gravitasi disebut teori relativitas umum.

Penyimpangan dalam proses fisik dari prediksi mekanika klasik yang dijelaskan oleh teori relativitas khusus disebut efek relativistik, dan tingkat di mana efek tersebut menjadi signifikan adalah kecepatan relativistik.

14 tiket OTO

teori relativitas umum(Relativitas umum; dia. semuagemeine Relativittstheorie) adalah teori gravitasi geometrik yang mengembangkan teori relativitas khusus (SRT), diterbitkan oleh Albert Einstein pada tahun 1915-1916. Dalam kerangka teori relativitas umum, seperti dalam teori metrik lainnya, dipostulasikan bahwa efek gravitasi disebabkan oleh interaksi non-gaya benda dan medan yang terletak di ruang-waktu, tetapi karena deformasi ruang-waktu itu sendiri, yang dikaitkan, khususnya, dengan kehadiran energi massa. Relativitas umum berbeda dari teori gravitasi metrik lainnya dengan menggunakan persamaan Einstein untuk menghubungkan kelengkungan ruang-waktu dengan materi yang ada di dalamnya.

Relativitas umum saat ini merupakan teori gravitasi yang paling sukses, didukung dengan baik oleh pengamatan. Keberhasilan pertama relativitas umum adalah menjelaskan presesi anomali perihelion Merkurius. Kemudian, pada tahun 1919, Arthur Eddington melaporkan mengamati pembelokan cahaya di dekat Matahari pada saat gerhana total, yang secara kualitatif dan kuantitatif mengkonfirmasi prediksi relativitas umum. Sejak itu, banyak pengamatan dan eksperimen lain telah mengkonfirmasi sejumlah besar prediksi teori, termasuk dilatasi waktu gravitasi, pergeseran merah gravitasi, penundaan sinyal dalam medan gravitasi, dan, sejauh ini hanya secara tidak langsung, radiasi gravitasi. Selain itu, banyak pengamatan ditafsirkan sebagai konfirmasi dari salah satu prediksi paling misterius dan eksotis dari teori relativitas umum - keberadaan lubang hitam.

Terlepas dari keberhasilan yang menakjubkan dari teori relativitas umum, ada ketidaknyamanan dalam komunitas ilmiah, yang pertama, dengan fakta bahwa itu tidak dapat dirumuskan kembali sebagai batas klasik teori kuantum, dan kedua, dengan fakta bahwa teori itu sendiri menunjukkan batas penerapannya, karena ia memprediksi munculnya divergensi fisik yang tidak dapat dipindahkan ketika mempertimbangkan lubang hitam dan, secara umum, singularitas ruang-waktu. Untuk memecahkan masalah ini, sejumlah teori alternatif telah diusulkan, beberapa di antaranya juga kuantum. Bukti eksperimental saat ini, bagaimanapun, menunjukkan bahwa semua jenis penyimpangan dari relativitas umum harus sangat kecil, jika ada sama sekali.

15 tiket EKSPANSI UNIVERSE.HUBBLE HUKUM

Ekspansi alam semesta- sebuah fenomena yang terdiri dari ekspansi luar angkasa yang hampir seragam dan isotropik pada skala seluruh Semesta. Secara eksperimental, perluasan Alam Semesta diamati dalam bentuk penerapan hukum Hubble. Ilmu pengetahuan menganggap apa yang disebut Big Bang sebagai awal dari perluasan Alam Semesta. Secara teoritis, fenomena tersebut diprediksi dan dibuktikan oleh A. Friedman pada tahap awal pengembangan teori relativitas umum dari pertimbangan filosofis umum tentang homogenitas dan isotropi Alam Semesta.

Hukum Hubble(hukum resesi umum galaksi) adalah hukum empiris yang menghubungkan pergeseran merah galaksi dengan jaraknya secara linier:

di mana z- pergeseran merah galaksi D- jarak ke sana H 0 adalah faktor proporsionalitas, yang disebut konstanta Hubble. Dengan nilai kecil z perkiraan kesetaraan berlaku cz=V R, di mana V R adalah kecepatan galaksi di sepanjang garis pandang pengamat, C- kecepatan cahaya. Dalam hal ini, hukum mengambil bentuk klasik:

Usia ini adalah waktu karakteristik perluasan Alam Semesta saat ini dan, hingga faktor 2, sesuai dengan usia Alam Semesta yang dihitung menggunakan model kosmologi standar Friedman.

16 tiket MODEL FRIEDMAN.SINGULARITY

alam semesta Friedman(Metrik Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker) adalah salah satu model kosmologis yang memenuhi persamaan medan teori relativitas umum, model alam semesta non-stasioner pertama. Diterima oleh Alexander Fridman pada tahun 1922. Model Friedman menggambarkan isotropik homogen tidak stasioner Alam semesta dengan materi yang memiliki kelengkungan konstan positif, nol, atau negatif. Karya ilmuwan ini menjadi perkembangan teoritis utama relativitas umum setelah karya Einstein pada tahun 1915-1917.

singularitas gravitasi- wilayah ruang-waktu di mana tidak mungkin untuk melanjutkan garis geodetik. Seringkali di dalamnya kelengkungan kontinum ruang-waktu berubah menjadi tak terhingga, atau metrik memiliki sifat patologis lain yang tidak memungkinkan interpretasi fisik (misalnya, singularitas kosmologis- keadaan Alam Semesta pada saat awal Big Bang, ditandai dengan kepadatan dan suhu materi yang tak terbatas);

17 tiket TEORI BIG BANG. RELICT RADIATION

Radiasi peninggalan(atau radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik dari bahasa Inggris radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik) - radiasi elektromagnetik kosmik dengan derajat isotropi yang tinggi dan dengan karakteristik spektrum benda yang benar-benar hitam dengan suhu 2,725 K.

Keberadaan CMB diprediksi secara teoritis dalam kerangka teori Big Bang. Meskipun banyak aspek dari teori Big Bang yang asli kini telah direvisi, dasar-dasar yang memungkinkan untuk memprediksi suhu CMB tidak berubah. Dipercayai bahwa radiasi peninggalan telah dilestarikan dari tahap awal keberadaan Semesta dan mengisinya secara merata. Keberadaannya secara eksperimental dikonfirmasi pada tahun 1965. Seiring dengan pergeseran merah kosmologis, radiasi latar gelombang mikro kosmik dianggap sebagai salah satu konfirmasi utama teori Big Bang.

Dentuman Besar(Bahasa Inggris) dentuman Besar) adalah model kosmologis yang menggambarkan perkembangan awal Semesta, yaitu awal pengembangan Semesta, sebelum Semesta berada dalam keadaan tunggal.

Biasanya sekarang secara otomatis menggabungkan teori Big Bang dan model alam semesta panas, tetapi konsep-konsep ini independen dan secara historis ada juga konsep alam semesta awal yang dingin di dekat Big Bang. Ini adalah kombinasi dari teori Big Bang dengan teori alam semesta yang panas, didukung oleh keberadaan radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik, yang dipertimbangkan lebih lanjut.

18 tiket SPACE VACUUM

Kekosongan(rel. kekosongan- void) - ruang bebas dari materi. Dalam rekayasa dan fisika terapan, vakum dipahami sebagai media yang mengandung gas pada tekanan jauh di bawah tekanan atmosfer. Vakum dicirikan oleh rasio antara jalur bebas rata-rata molekul gas dan ukuran karakteristik medium D. Dibawah D jarak antara dinding ruang vakum, diameter pipa vakum, dll. Dapat diambil, tergantung pada nilai rasio / D membedakan antara vakum rendah (), sedang () dan tinggi ().

Hal ini diperlukan untuk membedakan antara konsep vakum fisik Dan vakum teknis.

19 tiket MEKANIKA KUANTUM

Mekanika kuantum- bagian fisika teoretis yang menjelaskan fenomena fisik di mana aksi sebanding besarnya dengan konstanta Planck. Prediksi mekanika kuantum dapat berbeda secara signifikan dari prediksi mekanika klasik. Karena konstanta Planck sangat kecil dibandingkan dengan aksi benda sehari-hari, efek kuantum sebagian besar hanya muncul pada skala mikroskopis. Jika aksi fisik sistem jauh lebih besar daripada konstanta Planck, mekanika kuantum secara organik masuk ke mekanika klasik. Pada gilirannya, mekanika kuantum adalah pendekatan non-relativistik (yaitu, perkiraan energi kecil dibandingkan dengan energi sisa dari partikel masif sistem) dari teori medan kuantum.

Mekanika klasik, yang menjelaskan dengan baik sistem skala makroskopik, tidak mampu menjelaskan fenomena pada tingkat atom, molekul, elektron, dan foton. Mekanika kuantum cukup menggambarkan sifat dasar dan perilaku atom, ion, molekul, materi terkondensasi, dan sistem lain dengan struktur elektron-nuklir. Mekanika kuantum juga mampu menggambarkan perilaku elektron, foton, dan partikel elementer lainnya, tetapi deskripsi invarian relativistik yang lebih akurat dari transformasi partikel elementer dibangun dalam kerangka teori medan kuantum. Eksperimen mengkonfirmasi hasil yang diperoleh dengan bantuan mekanika kuantum.

Konsep dasar kinematika kuantum adalah konsep yang dapat diamati dan keadaan.

Persamaan dasar dinamika kuantum adalah persamaan Schrödinger, persamaan von Neumann, persamaan Lindblad, persamaan Heisenberg, dan persamaan Pauli.

Persamaan mekanika kuantum terkait erat dengan banyak cabang matematika, termasuk: teori operator, teori probabilitas, analisis fungsional, aljabar operator, teori grup.

Badan hitam pekat- idealisasi fisik yang digunakan dalam termodinamika, sebuah benda yang menyerap semua radiasi elektromagnetik yang datang padanya dalam semua rentang dan tidak memantulkan apa pun. Terlepas dari namanya, benda hitam itu sendiri dapat memancarkan radiasi elektromagnetik dari frekuensi apa pun dan secara visual memiliki warna.Spektrum radiasi benda hitam hanya ditentukan oleh suhunya.

Pentingnya benda hitam dalam pertanyaan tentang spektrum radiasi termal dari setiap benda (abu-abu dan berwarna) secara umum, selain menjadi kasus non-sepele yang paling sederhana, juga dalam kenyataan bahwa pertanyaan tentang spektrum kesetimbangan radiasi termal benda dengan warna dan koefisien refleksi apa pun direduksi dengan metode termodinamika klasik menjadi pertanyaan radiasi dari benda yang benar-benar hitam (dan secara historis ini sudah dilakukan pada akhir abad ke-19, ketika masalah radiasi dari tubuh yang benar-benar hitam muncul ke depan).

Zat nyata yang paling hitam, misalnya, jelaga, menyerap hingga 99% radiasi yang terjadi (yaitu, mereka memiliki albedo yang sama dengan 0,01) dalam rentang panjang gelombang yang terlihat, tetapi mereka menyerap radiasi inframerah jauh lebih buruk. Di antara benda-benda di Tata Surya, Matahari memiliki sifat-sifat benda yang benar-benar hitam untuk sebagian besar.

Istilah ini diperkenalkan oleh Gustav Kirchhoff pada tahun 1862.

20 tiket PRINSIP MEKANIKA QUANTUM

Semua masalah fisika modern dapat dibagi menjadi dua kelompok: masalah fisika klasik dan masalah fisika kuantum.Ketika mempelajari sifat-sifat benda makroskopik biasa, seseorang hampir tidak pernah menemukan masalah kuantum, karena sifat kuantum menjadi nyata hanya dalam mikrokosmos . Oleh karena itu, fisika abad ke-19, yang hanya mempelajari benda-benda makroskopik, sama sekali tidak menyadari proses kuantum. Ini adalah fisika klasik. Hal ini khas untuk fisika klasik yang tidak memperhitungkan struktur atomistik materi. Sekarang, bagaimanapun, perkembangan teknologi eksperimental telah mendorong batas-batas pengenalan kita dengan alam begitu luas sehingga kita sekarang tahu, dan terlebih lagi, dengan sangat rinci, ketatnya atom dan molekul individu. Fisika modern mempelajari struktur atom materi dan, oleh karena itu, prinsip-prinsip fisika klasik lama abad ke-19. harus berubah sesuai dengan fakta baru, dan berubah secara radikal. Perubahan prinsip ini adalah transisi ke fisika kuantum.

21 tiket CORPUSCULAR-WAVE DUALISME

Dualisme gelombang sel darah- prinsip bahwa setiap objek dapat menunjukkan sifat gelombang dan partikel. Itu diperkenalkan selama pengembangan mekanika kuantum untuk menafsirkan fenomena yang diamati dalam mikrokosmos dari sudut pandang konsep klasik. Perkembangan lebih lanjut dari prinsip dualitas gelombang-partikel adalah konsep medan terkuantisasi dalam teori medan kuantum.

Sebagai contoh klasik, cahaya dapat diartikan sebagai aliran sel darah (foton), yang dalam banyak efek fisik menunjukkan sifat-sifat gelombang elektromagnetik. Cahaya menunjukkan sifat-sifat gelombang dalam fenomena difraksi dan interferensi pada skala yang sebanding dengan panjang gelombang cahaya. Misalnya, genap Lajang foton yang melewati celah ganda membuat pola interferensi pada layar, ditentukan oleh persamaan Maxwell.

Namun demikian, percobaan menunjukkan bahwa foton bukanlah pulsa pendek radiasi elektromagnetik, misalnya, tidak dapat dibagi menjadi beberapa balok oleh pembagi berkas optik, yang ditunjukkan dengan jelas oleh percobaan yang dilakukan oleh fisikawan Prancis Grangier, Roger dan Aspe pada tahun 1986. . Sifat sel cahaya dimanifestasikan dalam efek fotolistrik dan efek Compton. Foton juga berperilaku seperti partikel yang dipancarkan atau diserap seluruhnya oleh objek yang dimensinya jauh lebih kecil dari panjang gelombangnya (misalnya, inti atom), atau secara umum dapat dianggap seperti titik (misalnya, elektron).

Saat ini, konsep dualitas gelombang-partikel hanya menarik secara historis, karena hanya berfungsi sebagai interpretasi, cara untuk menggambarkan perilaku objek kuantum, memilih analogi dari fisika klasik untuk itu. Faktanya, objek kuantum bukanlah gelombang klasik atau partikel klasik, memperoleh sifat-sifat yang pertama atau yang terakhir hanya dalam beberapa pendekatan. Secara metodologis yang lebih tepat adalah rumusan teori kuantum dari segi integral lintasan (penyebar), bebas dari penggunaan konsep klasik.

22 tiket KONSEP STRUKTUR ATOM MODEL ATOM

Model atom Thomson(model "Puding dengan kismis", eng. model puding plum).J. J. Thomson mengusulkan untuk menganggap atom sebagai suatu benda bermuatan positif dengan elektron yang tertutup di dalamnya. Hal itu akhirnya dibantah oleh Rutherford setelah eksperimennya yang terkenal tentang hamburan partikel alfa.

Model atom awal planet Nagaoka. Pada tahun 1904, fisikawan Jepang Hantaro Nagaoka mengusulkan model atom, yang dibangun dengan analogi dengan planet Saturnus. Dalam model ini, elektron, bersatu dalam cincin, berputar di sekitar inti positif kecil di orbit. Modelnya ternyata salah.

Model atom planet Bohr-Rutherford. Pada tahun 1911, Ernest Rutherford, setelah melakukan serangkaian percobaan, sampai pada kesimpulan bahwa atom adalah sejenis sistem planet di mana elektron bergerak dalam orbit di sekitar inti bermuatan positif yang terletak di pusat atom ("model Rutherford atom"). Namun, deskripsi atom seperti itu bertentangan dengan elektrodinamika klasik. Faktanya adalah bahwa, menurut elektrodinamika klasik, sebuah elektron, ketika bergerak dengan percepatan sentripetal, harus memancarkan gelombang elektromagnetik, dan, akibatnya, kehilangan energi. Perhitungan menunjukkan bahwa waktu yang dibutuhkan elektron dalam atom seperti itu untuk jatuh ke nukleus benar-benar dapat diabaikan. Untuk menjelaskan stabilitas atom, Niels Bohr harus memperkenalkan postulat yang bermuara pada fakta bahwa elektron dalam atom, yang berada dalam beberapa keadaan energi khusus, tidak memancarkan energi ("model atom Bohr-Rutherford"). Postulat Bohr menunjukkan bahwa mekanika klasik tidak dapat diterapkan untuk mendeskripsikan atom. Studi lebih lanjut tentang radiasi atom mengarah pada penciptaan mekanika kuantum, yang memungkinkan untuk menjelaskan sebagian besar fakta yang diamati.

Atom(Yunani lainnya - tak terpisahkan) - bagian terkecil dari unsur kimia yang tidak dapat dibagi, yang merupakan pembawa sifat-sifatnya. Sebuah atom terdiri dari inti atom dan elektron. Inti atom terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan. Jika jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron, maka atom secara keseluruhan bersifat netral. Jika tidak, ia memiliki muatan positif atau negatif dan disebut ion. Atom diklasifikasikan menurut jumlah proton dan neutron dalam nukleus: jumlah proton menentukan apakah suatu atom termasuk dalam unsur kimia tertentu, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur ini.

Atom dari berbagai jenis dalam jumlah yang berbeda, dihubungkan oleh ikatan antar atom, membentuk molekul.

23 tiket INTERAKSI DASAR

Interaksi mendasar- jenis interaksi yang berbeda secara kualitatif dari partikel-partikel dasar benda yang tersusun darinya.

Saat ini, keberadaan empat interaksi mendasar diketahui secara andal:

gravitasi

elektromagnetik

kuat

lemah

Pada saat yang sama, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah adalah manifestasi dari interaksi tunggal interaksi elektrolemah.

Pencarian sedang dilakukan untuk jenis interaksi mendasar lainnya, baik dalam fenomena dunia mikro maupun dalam skala kosmik, tetapi sejauh ini tidak ada jenis interaksi mendasar lainnya yang ditemukan.

Dalam fisika, energi mekanik dibagi menjadi dua jenis - energi potensial dan kinetik. Alasan perubahan gerakan benda (perubahan energi kinetik) adalah gaya (energi potensial) (lihat hukum kedua Newton).Menjelajahi dunia di sekitar kita, kita dapat melihat berbagai gaya: gravitasi, tegangan benang, gaya tekan pegas, gaya tumbukan benda , gaya gesekan, gaya hambatan udara, gaya ledakan, dll. Namun, ketika struktur atom materi diklarifikasi, menjadi jelas bahwa semua variasi gaya ini adalah hasil interaksi atom dengan satu sama lain. Karena jenis utama interaksi interatomik adalah elektromagnetik, ternyata sebagian besar gaya ini hanyalah berbagai manifestasi dari interaksi elektromagnetik. Salah satu pengecualian adalah, misalnya, gaya gravitasi, yang disebabkan oleh interaksi gravitasi antara benda-benda yang memiliki massa.

24 tiket PARTIKEL DASAR DAN SIFATNYA

partikel dasar- istilah kolektif yang mengacu pada objek mikro pada skala sub-nuklir yang tidak dapat dipecah menjadi bagian-bagian komponennya.

Harus diingat bahwa beberapa partikel elementer (elektron, foton, quark, dll.) saat ini dianggap tidak berstruktur dan dianggap sebagai partikel primer. partikel dasar. Partikel elementer lainnya (disebut partikel penyusun-proton, neutron, dll.) memiliki struktur internal yang kompleks, tetapi, bagaimanapun, menurut konsep modern, tidak mungkin untuk memisahkannya menjadi beberapa bagian (lihat Pengekangan).

Struktur dan perilaku partikel elementer dipelajari oleh fisika partikel elementer.

Artikel utama:Quark

Quark dan antiquark tidak pernah ditemukan dalam keadaan bebas - ini dijelaskan oleh fenomena kurungan. Berdasarkan simetri antara lepton dan quark, yang dimanifestasikan dalam interaksi elektromagnetik, hipotesis diajukan bahwa partikel-partikel ini terdiri dari partikel yang lebih mendasar - preon.

25 tiket KONSEP BIFURCATION.BIFURCATION POINT

Bifurkasi adalah perolehan kualitas baru dalam pergerakan sistem dinamis dengan perubahan kecil dalam parameternya.

Konsep sentral dari teori bifurkasi adalah konsep sistem (tidak) kasar (lihat di bawah). Setiap sistem dinamis diambil dan keluarga (multi)parametrik dari sistem dinamis dianggap bahwa sistem asli diperoleh sebagai kasus khusus - untuk setiap satu nilai parameter (parameter). Jika gambaran kualitatif dari partisi ruang fase menjadi lintasan dipertahankan untuk nilai parameter yang cukup dekat dengan yang diberikan, maka sistem seperti itu disebut kasar. Jika tidak, jika lingkungan seperti itu tidak ada, maka sistem ini disebut kasar.

Dengan demikian, daerah sistem kasar muncul di ruang parameter, yang dipisahkan oleh permukaan yang terdiri dari sistem tidak kasar. Teori bifurkasi mempelajari ketergantungan gambaran kualitatif ketika parameter berubah terus menerus sepanjang kurva tertentu. Skema di mana gambaran kualitatif berubah disebut diagram bifurkasi.

Metode utama teori bifurkasi adalah metode teori gangguan. Secara khusus, ini berlaku metode parameter kecil(Pontryagin).

titik bifurkasi- perubahan mode operasi sistem yang ditetapkan. Sebuah istilah dari termodinamika non-kesetimbangan dan sinergis.

titik bifurkasi- keadaan kritis sistem, di mana sistem menjadi tidak stabil relatif terhadap fluktuasi dan ketidakpastian muncul: akankah keadaan sistem menjadi kacau atau akankah pindah ke tingkat keteraturan baru yang lebih berbeda dan tinggi. Sebuah istilah dari teori self-organization.

26 tiket SYNERGETICS - ILMU TERBUKA SISTEM PENGORGANISASIAN MANDIRI

sinergis(Yunani lainnya - awalan dengan arti kompatibilitas dan - "aktivitas") - bidang penelitian ilmiah interdisipliner, yang tugasnya adalah mempelajari fenomena dan proses alam berdasarkan prinsip-prinsip pengaturan sistem sendiri ( yang terdiri dari subsistem). "... Sebuah ilmu yang mempelajari proses pengorganisasian diri dan munculnya, pemeliharaan, stabilitas dan pembusukan struktur yang paling beragam alam ...".

Sinergetika awalnya dinyatakan sebagai pendekatan interdisipliner, karena prinsip-prinsip yang mengatur proses pengorganisasian diri tampaknya sama (terlepas dari sifat sistem), dan peralatan matematika umum harus sesuai untuk deskripsi mereka.

Dari sudut pandang ideologis, sinergi kadang-kadang diposisikan sebagai “evolusionisme global” atau “teori evolusi universal”, yang memberikan dasar tunggal untuk menjelaskan mekanisme munculnya setiap inovasi, seperti halnya sibernetika pernah didefinisikan sebagai “kontrol universal”. teori”, sama-sama cocok untuk menggambarkan setiap regulasi dan operasi optimasi. : di alam, di teknologi, di masyarakat, dll., dll. Namun, waktu telah menunjukkan bahwa pendekatan sibernetik umum jauh dari membenarkan semua harapan yang ditempatkan padanya. Demikian pula, interpretasi luas penerapan metode sinergis juga dikritik.

Konsep dasar sinergi adalah definisi struktur sebagai menyatakan, yang timbul sebagai akibat dari perilaku multivarian dan ambigu dari struktur multi-elemen atau media multi-faktor yang tidak menurunkan standar rata-rata termodinamika untuk sistem tertutup, tetapi berkembang karena keterbukaan, aliran energi dari luar, nonlinier internal proses, munculnya rezim khusus dengan penajaman dan kehadiran lebih dari satu keadaan stabil. Dalam sistem yang ditunjukkan, baik hukum kedua termodinamika maupun teorema Prigogine pada laju minimum produksi entropi tidak berlaku, yang dapat mengarah pada pembentukan struktur dan sistem baru, termasuk yang lebih kompleks daripada yang asli.

Fenomena ini ditafsirkan secara sinergis sebagai mekanisme umum arah evolusi yang diamati di mana-mana di alam: dari dasar dan primitif hingga kompleks dan lebih sempurna.

Dalam beberapa kasus, pembentukan struktur baru memiliki karakter gelombang yang teratur, dan kemudian disebut proses gelombang otomatis (dengan analogi dengan osilasi sendiri).

27 tiket KONSEP KEHIDUPAN MASALAH ASAL USUL KEHIDUPAN

Kehidupan- bentuk aktif dari keberadaan suatu zat, dalam arti tertentu, tertinggi dibandingkan dengan bentuk fisik dan kimia dari keberadaannya; serangkaian proses fisik dan kimia yang terjadi di dalam sel, yang memungkinkan terjadinya pertukaran materi dan pembelahannya. Atribut utama materi hidup adalah informasi genetik yang digunakan untuk replikasi. Kurang lebih secara akurat mendefinisikan konsep "kehidupan" hanya dapat menyebutkan kualitas yang membedakannya dari non-kehidupan. Kehidupan tidak ada di luar sel, virus menunjukkan sifat-sifat materi hidup hanya setelah transfer materi genetik ke dalam sel [ sumber tidak ditentukan 268 hari] . Beradaptasi dengan lingkungan, sel hidup membentuk seluruh variasi organisme hidup.

Juga, kata "kehidupan" dipahami sebagai periode keberadaan organisme tunggal dari saat kemunculannya hingga kematiannya (ontogeni).

Pada tahun 1860, ahli kimia Prancis Louis Pasteur membahas masalah asal usul kehidupan. Melalui eksperimennya, ia membuktikan bahwa bakteri ada di mana-mana, dan bahan tak hidup dapat dengan mudah terkontaminasi oleh makhluk hidup jika tidak disterilkan dengan benar. Ilmuwan merebus berbagai media dalam air di mana mikroorganisme dapat terbentuk. Perebusan tambahan membunuh mikroorganisme dan sporanya. Pasteur menempelkan labu tertutup dengan ujung bebas ke tabung berbentuk S. Spora mikroorganisme menetap pada tabung melengkung dan tidak dapat menembus ke dalam media nutrisi. Media nutrisi yang direbus dengan baik tetap steril; tidak ada kehidupan yang ditemukan di dalamnya, meskipun ada akses udara.

Sebagai hasil dari serangkaian percobaan, Pasteur membuktikan keabsahan teori biogenesis dan akhirnya menyanggah teori generasi spontan.

28 tiket KONSEP ASAL USUL HIDUP OPARIN

Sir ISAAC NEWTON (4 Januari 1643 - 31 Maret 1727) - seorang ilmuwan Inggris terkemuka yang meletakkan dasar-dasar ilmu alam modern, pencipta fisika klasik, anggota Royal Society of London dan presidennya (sejak 1703). Lahir di Woolsthorpe. Lulus dari Universitas Cambridge pada tahun 1665. Pada bulan Maret-Juni 1666, Newton mengunjungi Cambridge. Namun, di musim panas, gelombang wabah baru memaksanya untuk meninggalkan rumah lagi. Akhirnya, pada awal 1667, epidemi mereda, dan pada bulan April Newton kembali ke Cambridge. Pada 1 Oktober, ia terpilih sebagai Fellow dari Trinity College, dan pada 1668 menjadi master. Dia diberi kamar pribadi yang luas untuk ditinggali, gaji £2 setahun, dan sekelompok siswa yang dengannya dia mempelajari mata pelajaran standar selama beberapa jam seminggu. Namun, baik saat itu maupun nanti Newton tidak menjadi terkenal sebagai guru, kuliahnya tidak dihadiri banyak orang. satu

Setelah mengkonsolidasikan posisinya, Newton melakukan perjalanan ke London, di mana tak lama sebelumnya, pada tahun 1660, Royal Society of London didirikan - sebuah organisasi otoritatif ilmuwan terkemuka, salah satu Akademi Ilmu Pengetahuan pertama. Organ tercetak dari Royal Society adalah jurnal Philosophical Transactions.

Pada tahun 1669, karya matematika mulai muncul di Eropa menggunakan ekspansi ke seri tak terbatas. Meskipun kedalaman penemuan ini tidak sebanding dengan penemuan Newton, Barrow bersikeras bahwa muridnya menetapkan prioritasnya dalam masalah ini. 2 ______________________________

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

2. Akroyd P. “Isaac Newton. Biografi". - M.: Burung Kolibri, Azbuka-Atticus, 2011

Newton menulis ringkasan singkat namun cukup lengkap dari bagian penemuannya ini, yang disebutnya "Analisis melalui persamaan dengan jumlah suku tak terbatas". Barrow mengirim risalah ini ke London. Newton meminta Barrow untuk tidak mengungkapkan nama penulis karya tersebut (tetapi dia tetap membiarkannya). "Analisis" menyebar di antara para spesialis dan menjadi terkenal di Inggris dan sekitarnya.

Pada tahun yang sama, Barrow menerima undangan raja untuk menjadi pendeta istana dan meninggalkan pengajaran. Pada tanggal 29 Oktober 1669, Newton yang berusia 26 tahun terpilih sebagai penggantinya, profesor matematika dan optik di Trinity College, dengan gaji yang tinggi sebesar £100 setahun. Barrow meninggalkan Newton sebuah laboratorium alkimia yang luas; selama periode ini, Newton menjadi sangat tertarik pada alkimia, melakukan banyak eksperimen kimia. Newton merumuskan hukum dasar mekanika klasik, menemukan hukum gravitasi universal, dispersi cahaya, mengembangkan teori sel cahaya, dan mengembangkan diferensial dan kalkulus integral. Meringkas hasil penelitian para pendahulunya di bidang mekanika dan miliknya sendiri, Newton menciptakan sebuah karya besar "Prinsip Matematika Filsafat Alam" ("Awal"), diterbitkan pada tahun 1687. "Awal" berisi konsep dasar mekanika klasik, khususnya konsep: massa, momentum, gaya, percepatan, gaya sentripetal, dan tiga hukum gerak. Dalam karya yang sama, hukum gravitasi universalnya diberikan, atas dasar itu Newton menjelaskan gerakan benda langit dan menciptakan teori gravitasi. 1 Penemuan hukum ini akhirnya mengukuhkan kemenangan ajaran Copernicus. Dia menunjukkan bahwa tiga hukum Kepler mengikuti hukum gravitasi universal; menjelaskan ciri-ciri pergerakan bulan, fenomena arak-arakan; mengembangkan teori sosok Bumi, mencatat bahwa itu harus dikompresi di kutub, ________________

1. Akroyd P. “Isaac Newton. Biografi". - M.: Burung Kolibri, Azbuka-Atticus, 2011

teori pasang surut; mempertimbangkan masalah pembuatan satelit buatan Bumi, dll. Newton mengembangkan hukum hambatan dan hukum dasar gesekan internal dalam cairan dan gas, memberikan formula untuk kecepatan rambat gelombang.

Keluaran koleksi:

SEJARAH PEMBENTUKANANALITIS MEKANIKA

Korolev Vladimir Stepanovich

Associate Professor, Cand. Fisika.-Matematika. Ilmu,

Universitas Negeri St. Petersburg,
Federasi Rusia, St. Petersburg

SEJARAH PEMBENTUKANANALITIS MEKANIKA

Vladimir Korolev

kandidat Ilmu Fisika dan Matematika, asisten profesor,

Universitas Negeri Saint-Petersburg,
Rusia, Saint-Petersburg

anotasi

Karya-karya klasik sains dalam mekanika, yang telah diselesaikan selama beberapa tahun terakhir, dipertimbangkan. Upaya dilakukan untuk mengevaluasi kontribusi mereka untuk pengembangan ilmu pengetahuan lebih lanjut.

Abstrak

Karya-karya klasik sains tentang mekanika yang dilakukan selama beberapa tahun terakhir dipertimbangkan. Upaya untuk memperkirakan kontribusi mereka untuk pengembangan ilmu pengetahuan lebih lanjut dilakukan.

Kata kunci: sejarah mekanik; perkembangan ilmu pengetahuan.

kata kunci: sejarah mekanik; perkembangan ilmu pengetahuan.

pengantar

Mekanika adalah ilmu gerak. Kata-kata teoretis atau analitis menunjukkan bahwa presentasi tidak menggunakan referensi konstan untuk eksperimen, tetapi dilakukan dengan pemodelan matematika berdasarkan postulat dan pernyataan yang diterima secara aksiomatis, yang isinya ditentukan oleh sifat-sifat mendalam dari dunia material.

Mekanika teoretis merupakan dasar dasar dari pengetahuan ilmiah. Sulit untuk menarik garis yang jelas antara mekanika teoretis dan beberapa cabang matematika atau fisika. Banyak metode yang diciptakan dalam memecahkan masalah mekanika, yang dirumuskan dalam bahasa matematika internal, menerima kelanjutan abstrak dan mengarah pada penciptaan cabang-cabang baru matematika dan ilmu-ilmu lainnya.

Subjek studi mekanika teoretis adalah benda-benda material yang terpisah atau sistem benda-benda yang dipilih dalam proses pergerakan dan interaksinya antara mereka dan dunia sekitarnya ketika posisi relatif dalam ruang dan waktu berubah. Secara umum diterima bahwa benda-benda di sekitar kita hampir benar-benar benda padat. Benda yang dapat dideformasi, media cair dan gas hampir tidak dipertimbangkan atau diperhitungkan secara tidak langsung melalui pengaruhnya terhadap pergerakan sistem mekanis tertentu. Mekanika teoretis berkaitan dengan pola umum bentuk gerak mekanis dan konstruksi model matematika untuk menggambarkan kemungkinan perilaku sistem mekanis. Ini didasarkan pada hukum yang ditetapkan dalam eksperimen atau eksperimen fisik khusus dan diambil sebagai aksioma atau kebenaran yang tidak memerlukan bukti, dan juga menggunakan seperangkat besar dasar (umum untuk banyak cabang ilmu pengetahuan) dan konsep serta definisi khusus. Mereka hanya kira-kira benar dan telah dipertanyakan, yang telah menyebabkan munculnya teori-teori baru dan arah untuk penelitian lebih lanjut. Kami tidak diberikan ruang tak bergerak yang ideal atau metriknya, serta proses gerakan seragam, yang dapat digunakan untuk menghitung interval waktu yang benar-benar akurat.

Sebagai ilmu, itu berasal dari abad ke-4 SM dalam karya-karya ilmuwan Yunani kuno, karena pengetahuan terakumulasi bersama dengan fisika dan matematika, itu secara aktif dikembangkan oleh berbagai sekolah filosofis hingga abad pertama dan menonjol sebagai arah yang independen. Sampai saat ini, banyak arah ilmiah, tren, metode dan peluang penelitian telah terbentuk yang menciptakan hipotesis atau teori terpisah untuk deskripsi dan pemodelan berdasarkan semua akumulasi pengetahuan. Banyak prestasi dalam ilmu alam yang mengembangkan atau melengkapi konsep dasar dalam masalah mekanika ruang angkasa, yang ditentukan oleh dimensi dan struktur, urusan atau zat yang mengisi ruang, gerakan sebagai bentuk keberadaan materi, energi sebagai salah satu ciri utama gerakan.

Para pendiri mekanika klasik

· arsitek Tarentsky (428-365 SM), seorang wakil dari sekolah filsafat Pythagoras, adalah salah satu yang pertama mengembangkan masalah dalam mekanika.

· Plato(427-347), seorang murid Socrates, mengembangkan dan mendiskusikan banyak masalah dalam aliran filsafat, menciptakan teori dunia ideal dan doktrin negara ideal.

· Aristoteles(384-322), seorang mahasiswa Plato, membentuk prinsip-prinsip umum gerak, menciptakan teori gerak bola langit, prinsip kecepatan virtual, menganggap sumber gerak menjadi kekuatan karena pengaruh eksternal.

Gambar 1.

· Euclid(340-287), merumuskan banyak postulat matematika dan hipotesis fisik, meletakkan dasar-dasar geometri, yang digunakan dalam mekanika klasik.

· Archimedes(287-212), meletakkan dasar-dasar mekanika dan hidrostatika, teori mesin sederhana, menemukan sekrup Archimedes untuk suplai air, tuas dan banyak mesin pengangkat dan militer yang berbeda.

Gambar 2.

· Hipparchus(180-125), menciptakan teori gerak Bulan, menjelaskan gerak semu Matahari dan planet-planet, dan memperkenalkan koordinat geografis.

· Bangau Alexandria (abad ke-1 SM), menjelajahi mekanisme dan perangkat pengangkatan, menemukan pintu otomatis, turbin uap, adalah yang pertama membuat perangkat yang dapat diprogram, terlibat dalam hidrostatika dan optik.

· Ptolemeus(100-178 M), mekanik, ahli optik, astronom, mengusulkan sistem geosentris dunia, mempelajari gerakan nyata Matahari, Bulan, dan planet-planet.

Gambar 3

Ilmu pengetahuan telah dikembangkan lebih lanjut di Renaisans dalam studi banyak ilmuwan Eropa.

· Leonardo da Vinci(1452-1519), orang kreatif universal, melakukan banyak mekanika teoretis dan praktis, mempelajari mekanika gerakan manusia dan penerbangan burung.

· Nicholas Copernicus(1473-1543), mengembangkan sistem heliosentris dunia dan menerbitkannya dalam On the Revolution of the Celestial Spheres.

· Tycho Brahe(1546-1601), meninggalkan pengamatan paling akurat tentang pergerakan benda langit, mencoba menggabungkan sistem Ptolemy dan Copernicus, tetapi dalam modelnya Matahari dan Bulan berputar mengelilingi Bumi, dan semua planet lain mengelilingi Matahari.

Gambar 4

· Galileo Galilei(1564-1642), melakukan penelitian tentang statika, dinamika dan mekanika bahan, menguraikan prinsip dan hukum terpenting yang menguraikan jalan menuju penciptaan dinamika baru, menemukan teleskop dan menemukan satelit Mars dan Jupiter.

Gambar 5

· Johannes Kepler(1571-1630), mengusulkan hukum gerak planet dan meletakkan dasar untuk mekanika langit. Penemuan hukum gerak planet dibuat oleh hasil pengolahan tabel pengamatan astronom Tycho Brahe.

Gambar 6

Para pendiri mekanika analitik

analitis Mekanika diciptakan oleh tenaga kerja perwakilan dari tiga generasi yang hampir mengikuti satu sama lain.

Pada 1687, penerbitan "Prinsip Matematika Matematika Filsafat Alam" Newton sudah ada sejak lama. Pada tahun kematiannya, Euler yang berusia dua puluh tahun menerbitkan makalah pertamanya tentang penerapan analisis matematis pada mekanika. Selama bertahun-tahun ia tinggal di St. Petersburg, menerbitkan ratusan makalah ilmiah dan dengan demikian berkontribusi pada pembentukan Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia. Lima tahun setelah Euler. Lagrange menerbitkan Analytical Dynamics pada usia 52 tahun. 30 tahun lagi akan berlalu, dan karya-karya tentang dinamika analitik dari tiga orang terkenal sezaman akan diterbitkan: Hamilton, Ostrogradsky dan Jacobi. Mekanika menerima perkembangan utamanya dalam studi para ilmuwan Eropa.

· Kristen Huygens(1629-1695), menemukan jam pendulum, hukum perambatan osilasi, mengembangkan teori gelombang cahaya.

· Robert Hooke(1635-1703), mempelajari teori gerakan planet, mengungkapkan gagasan hukum gravitasi universal dalam suratnya kepada Newton, mempelajari tekanan udara, tegangan permukaan cairan, menemukan hukum deformasi benda elastis.

Gambar 7. Robert Hooke

· Isaac Newton(1643-1727), menciptakan dasar-dasar mekanika teoretis modern, dalam karya utamanya "Prinsip Matematika Filsafat Alam" merangkum hasil para pendahulunya, memberikan definisi konsep dasar dan merumuskan hukum dasar, melakukan pembenaran dan menerima solusi umum untuk masalah dua benda. Terjemahan dari bahasa Latin ke bahasa Rusia dibuat oleh Akademisi A.N. Krylov.

Angka 8

· Gottfried Leibniz(1646-1716), memperkenalkan konsep tenaga kerja, merumuskan prinsip tindakan paling sedikit, menyelidiki teori ketahanan bahan.

· Johann Bernoulli(1667-1748), memecahkan masalah brachistochrone, mengembangkan teori tumbukan, mempelajari gerakan benda dalam media yang melawan.

· Leonard Euler(1707-1783), meletakkan dasar-dasar dinamika analitik dalam buku "Mekanika atau ilmu gerak dalam presentasi analitis", menganalisis kasus gerak benda tegar berat yang dipasang di pusat gravitasi, adalah pendiri hidrodinamika, mengembangkan teori penerbangan proyektil, memperkenalkan konsep gaya inersia.

Gambar 9

· jean Leron d'Alembert(1717-1783), menerima aturan umum untuk menyusun persamaan gerak sistem material, mempelajari gerakan planet-planet, menetapkan prinsip-prinsip dasar dinamika dalam buku "Risalah tentang Dinamika".

· joseph Louis Lagrange(1736-1813), dalam karyanya "Analytical Dynamics" mengusulkan prinsip kemungkinan perpindahan, memperkenalkan koordinat umum dan memberikan persamaan gerak bentuk baru, menemukan kasus baru solvabilitas persamaan gerak rotasi benda tegar.

Karya-karya para ilmuwan ini menyelesaikan pembangunan fondasi mekanika klasik modern, meletakkan dasar untuk analisis infinitesimals. Kursus mekanika dikembangkan, yang disajikan dengan cara analitis yang ketat berdasarkan prinsip matematika umum. Kursus ini disebut "mekanika analitik". Kemajuan dalam mekanika begitu besar sehingga mempengaruhi filosofi waktu itu, yang memanifestasikan dirinya dalam penciptaan "mekanisme".

Perkembangan mekanika juga didorong oleh minat para astronom, matematikawan, dan fisikawan dalam masalah menentukan gerakan benda langit yang terlihat (Bulan, planet, dan komet). Penemuan dan karya Copernicus, Galileo dan Kepler, teori gerak Bulan oleh d'Alembert dan Poisson, Mekanika Celestial lima jilid oleh Laplace dan karya klasik lainnya memungkinkan untuk membuat teori gerak yang cukup lengkap dalam medan gravitasi, sehingga memungkinkan untuk menerapkan metode analitis dan numerik untuk mempelajari masalah mekanika lainnya. Perkembangan lebih lanjut dari mekanika dihubungkan dengan karya-karya ilmuwan terkemuka pada masanya.

· Pierre Laplace(1749-1827), menyelesaikan penciptaan mekanika langit berdasarkan hukum gravitasi universal, membuktikan stabilitas tata surya, mengembangkan teori pasang surut, menyelidiki gerakan bulan dan menentukan kompresi bola bumi. , memperkuat hipotesis munculnya tata surya.

Gambar 10.

· Jean Baptiste Fourier(1768-1830), menciptakan teori persamaan diferensial parsial, mengembangkan doktrin representasi fungsi dalam bentuk deret trigonometri, mengeksplorasi prinsip kerja virtual.

· Charles gauss(1777-1855), seorang ahli matematika dan mekanik yang hebat, menerbitkan teori gerak benda langit, menetapkan posisi planet Ceres, mempelajari teori potensial dan optik.

· Louis Poinsot(1777-1859), mengusulkan solusi umum untuk masalah gerak tubuh, memperkenalkan konsep ellipsoid inersia, mempelajari banyak masalah statika dan kinematika.

· Simeon Poisson(1781-1840), terlibat dalam memecahkan masalah dalam gravitasi dan elektrostatika, menggeneralisasi teori elastisitas dan konstruksi persamaan gerak berdasarkan prinsip gaya hidup.

· Mikhail Vasilievich Ostrogradsky(1801-1862), seorang ahli matematika dan mekanik yang hebat, karyanya berhubungan dengan mekanika analitik, teori elastisitas, mekanika langit, hidromekanika, mempelajari persamaan umum dinamika.

· Carl Gustav Jacobi(1804-1851), mengusulkan solusi baru untuk persamaan dinamika, mengembangkan teori umum integrasi persamaan gerak, menggunakan persamaan kanonik mekanika dan persamaan diferensial parsial.

· William Rowan Hamilton(1805-1865), membawa persamaan gerak sistem mekanis sewenang-wenang ke bentuk kanonik, memperkenalkan konsep quaternions dan vektor, menetapkan prinsip variasi integral umum mekanika.

Gambar 11.

· Hermann Helmholtz(1821-1894), memberikan interpretasi matematis tentang hukum kekekalan energi, meletakkan dasar untuk penerapan luas prinsip aksi terkecil pada fenomena elektromagnetik dan optik.

· Nikolai Vladimirovich Maievsky(1823-1892), pendiri sekolah ilmiah balistik Rusia, menciptakan teori gerakan rotasi proyektil, adalah yang pertama memperhitungkan hambatan udara.

· Pafnuty Lvovich Chebyshev(1821-1894), mempelajari teori mesin dan mekanisme, menciptakan mesin uap, pengatur sentrifugal, mekanisme berjalan dan mendayung.

Gambar 12.

· Gustav Kirchoff(1824-1887), mempelajari deformasi, gerak dan keseimbangan benda elastis, mengerjakan konstruksi logis mekanik.

· Sofia Vasilievna Kovalevskaya(1850-1891), terlibat dalam teori gerakan rotasi benda di sekitar titik tetap, menemukan kasus klasik ketiga untuk memecahkan masalah, mempelajari masalah Laplace pada keseimbangan cincin Saturnus.

Gambar 13.

· Henry Hertz(1857-1894), karya-karya utama dikhususkan untuk elektrodinamika dan teorema umum mekanika berdasarkan prinsip tunggal.

Perkembangan mekanika modern

Pada abad kedua puluh, mereka dan masih terlibat dalam memecahkan banyak masalah baru dalam mekanika. Ini terutama aktif setelah munculnya alat komputasi modern. Pertama-tama, ini adalah masalah kompleks baru dari gerakan terkontrol, dinamika ruang, robotika, biomekanik, mekanika kuantum. Dimungkinkan untuk mencatat karya ilmuwan luar biasa, banyak sekolah ilmiah universitas dan tim peneliti di Rusia.

· Nikolay Egorovich Zhukovsky(1847-1921), pendiri aerodinamika, mempelajari gerak benda tegar dengan titik tetap dan masalah stabilitas gerak, memperoleh rumus untuk menentukan gaya angkat sayap, dan mempelajari teori tumbukan.

Gambar 14.

· Alexander Mikhailovich Lyapunov(1857-1918), karya-karya utama dikhususkan untuk teori stabilitas keseimbangan dan gerak sistem mekanik, pendiri teori stabilitas modern.

· Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky(1857-1935), pendiri astronotika modern, aerodinamika dan dinamika roket, menciptakan teori hovercraft dan teori pergerakan roket satu tahap dan multi-tahap.

· Ivan Vsevolodovich Meshchersky(1859-1935), mempelajari pergerakan benda dengan massa variabel, menyusun kumpulan masalah dalam mekanika, yang masih digunakan sampai sekarang.

Gambar 15.

· Alexey Nikolaevich Krylov(1863-1945), penelitian utama terkait dengan mekanika struktur dan pembuatan kapal, ketidaktergelapan kapal dan stabilitasnya, hidromekanika, balistik, mekanika angkasa, teori propulsi jet, teori giroskop dan metode numerik, diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia. karya-karya banyak ilmu pengetahuan klasik.

· Sergey Alekseevich Chaplygin(1869-1942), yang karya utamanya berkaitan dengan mekanika nonholonomik, hidrodinamika, teori penerbangan dan aerodinamika, memberikan solusi lengkap untuk masalah efek aliran udara pada tubuh yang ramping.

· Albert Einstein(1879-1955), merumuskan teori relativitas khusus dan umum, menciptakan sistem baru hubungan ruang-waktu dan menunjukkan bahwa gravitasi adalah ekspresi ketidakhomogenan ruang dan waktu, yang dihasilkan oleh keberadaan materi.

· Alexander Alexandrovich Fridman(1888-1925), menciptakan model alam semesta non-stasioner, di mana ia memprediksi kemungkinan perluasan alam semesta.

· Nikolai Gurevich Chetaev(1902-1959) mempelajari sifat-sifat gerakan terganggu sistem mekanik, masalah stabilitas gerak, membuktikan teorema dasar tentang ketidakstabilan keseimbangan.

Gambar 16.

· Lev Semenovich Pontryagin(1908-1988) mendalami teori osilasi, kalkulus variasi, teori kendali, pencipta teori matematis proses optimal.

Gambar 17.

Ada kemungkinan bahwa bahkan di zaman kuno dan periode berikutnya ada pusat pengetahuan, sekolah ilmiah dan bidang studi ilmu pengetahuan dan budaya masyarakat atau peradaban: Arab, Cina atau India di Asia, orang-orang Maya di Amerika, di mana prestasi muncul. , tetapi aliran filsafat dan ilmu pengetahuan Eropa berkembang secara khusus, tanpa selalu memperhatikan penemuan atau teori peneliti lain. Pada waktu yang berbeda, bahasa Latin, Jerman, Prancis, Inggris digunakan untuk komunikasi... Diperlukan terjemahan yang akurat dari teks yang tersedia dan notasi umum dalam rumus. Ini menyulitkan, tetapi tidak menghentikan pembangunan.

Ilmu pengetahuan modern mencoba untuk mempelajari kompleks tunggal dari segala sesuatu yang ada, yang memanifestasikan dirinya dengan cara yang begitu beragam di dunia sekitar kita. Hingga saat ini, banyak arah ilmiah, tren, metode, dan peluang penelitian telah terbentuk. Ketika mempelajari mekanika klasik, kinematika, statika, dan dinamika secara tradisional dibedakan sebagai bagian-bagian utama. Bagian independen atau sains membentuk mekanika langit, sebagai bagian dari astronomi teoretis, serta mekanika kuantum.

Tugas dasar dinamika terdiri dalam menentukan gerakan suatu sistem benda menurut gaya aktif yang diketahui yang diperhitungkan atau dalam menentukan gaya menurut hukum gerak yang diketahui. Kontrol dalam masalah dinamika mengasumsikan bahwa ada kemungkinan perubahan kondisi untuk pelaksanaan proses gerak sesuai dengan pilihan kita sendiri dari parameter atau fungsi yang menentukan proses atau termasuk dalam persamaan gerak, sesuai dengan yang diberikan persyaratan, keinginan atau kriteria.

Analitis, Teoritis, Klasik, Terapan,

Rasional, Terkelola, Surgawi, Kuantum…

Ini semua Mekanika dalam presentasi yang berbeda!

Bibliografi:

Aleshkov Yu.Z. Pekerjaan yang sangat baik dalam matematika terapan. SPb.: Ed. Universitas Negeri St. Petersburg, 2004. - 309 hal.
Bogomolov A.N. Matematika mekanika. Panduan biografi. Kiev: Ed. Naukova Dumka, 1983. - 639 hal.
Vavilov S.I. Isaac Newton. edisi ke-4, tambahkan. M.: Nauka, 1989. - 271 hal.
Krylov A.N. Isaac Newton: Prinsip matematika filsafat alam. Terjemahan dari bahasa Latin dengan catatan dan penjelasan armada oleh Letnan Jenderal A.N. Krylov. // Prosiding Akademi Kelautan Nikolaev (Edisi 4), Petrograd. Buku 1. 1915. 276 hal., Buku 2. 1916. (Edisi 5). 344 hal. atau dalam buku: A.N. Krylov. Koleksi Karya. M.-L. Rumah Penerbitan Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet. T. 7. 1936. 696 hal. atau dalam seri Classics of Science: I. Newton. Prinsip matematika filsafat alam. Terjemahan dari lat. dan komentar oleh A.N. Krylov. M.: Ilmu. 1989. - 687 hal.
Orang-orang ilmu pengetahuan Rusia // Esai tentang tokoh-tokoh ilmu pengetahuan dan teknologi alam yang luar biasa. (Matematika. Mekanika. Astronomi. Fisika. Kimia). Kumpulan artikel, ed. I.V. Kuznetsova. M.: Fizmatlit, 1961. 600 hal.
Novoselov V.S., Korolev V.S. Mekanika analitik dari sistem yang dikendalikan. SPb.: Ed. Universitas Negeri St. Petersburg, 2005. 298 hal.
Novoselov V.S. Mekanika kuantum dan fisika statistik. SPb.: Ed. VVM, 2012. 182 hal.
Polyakhova E.N. Mekanika langit klasik dalam karya-karya Sekolah Matematika dan Mekanika Petersburg pada abad ke-19. SPb.: Ed. Nestor-Sejarah, 2012. 140 hal.
Polyakhova E.N., Korolev V.S., Kholshevnikov K.V. Terjemahan karya-karya klasik sains oleh Akademisi A.N. Krylov. "Ilmu alam dan matematika di dunia modern" No. 2(26). Novosibirsk: Ed. SibAK, 2015. S.108-128.
Poincare A. Tentang ilmu pengetahuan. Per. dari fr. ed. L.S. Pontryagin. M.: Nauka, 1990. 736 hal.
Tyulina I.A., Chinenova V.N. Sejarah mekanika melalui prisma perkembangan ide, prinsip dan hipotesis. M.: URSS (Librocom), 2012. 252 hal.

Definisi 1

Mekanika klasik adalah subbagian fisika yang mempelajari pergerakan benda fisik berdasarkan hukum Newton.

Konsep dasar mekanika klasik adalah:

massa - didefinisikan sebagai ukuran utama inersia, atau kemampuan suatu zat untuk mempertahankan keadaan istirahat tanpa adanya pengaruh faktor eksternal di atasnya;
gaya - bekerja pada tubuh dan mengubah keadaan gerakannya, menyebabkan akselerasi;
energi internal - menentukan keadaan elemen yang sedang dipelajari saat ini.

Konsep lain yang sama pentingnya dari bagian fisika ini adalah: suhu, momentum, momentum sudut, dan volume materi. Energi sistem mekanik terutama terdiri dari energi kinetik gerak dan gaya potensial, yang bergantung pada posisi elemen yang bekerja dalam sistem tertentu. Sehubungan dengan besaran-besaran fisika ini, hukum dasar kekekalan mekanika klasik berlaku.

Pendiri mekanika klasik

Catatan 1

Dasar-dasar mekanika klasik berhasil diletakkan oleh pemikir Galileo, serta Kepler dan Copernicus, ketika mempertimbangkan pola gerak cepat benda langit.

Gambar 1. Prinsip-prinsip mekanika klasik. Author24 - pertukaran online makalah siswa

Menariknya, untuk jangka waktu yang lama, fisika dan mekanika dipelajari dalam konteks peristiwa astronomi. Dalam karya ilmiahnya, Copernicus berpendapat bahwa perhitungan yang benar dari pola interaksi benda langit dapat disederhanakan jika kita menyimpang dari prinsip-prinsip yang ada sebelumnya yang ditetapkan oleh Aristoteles dan menganggapnya sebagai titik awal untuk transisi dari geosentris ke geosentris. konsep heliosentris.

Ide-ide ilmuwan selanjutnya diformalkan oleh rekannya Kepler dalam tiga hukum gerak benda material. Secara khusus, hukum kedua menyatakan bahwa secara mutlak semua planet di tata surya melakukan gerakan seragam dalam orbit elips, dengan fokus utama Matahari.

Kontribusi signifikan berikutnya untuk pengembangan mekanika klasik dibuat oleh penemu Galileo, yang, mempelajari postulat dasar gerak mekanik benda langit, khususnya di bawah pengaruh gaya gravitasi, disajikan kepada publik sekaligus lima universal hukum gerak fisika zat.

Tapi tetap saja, orang-orang sezaman menghubungkan kemenangan pendiri kunci mekanika klasik dengan Isaac Newton, yang dalam karya ilmiahnya yang terkenal "Ekspresi Matematika dari Filsafat Alam" menggambarkan sintesis definisi tersebut dalam fisika gerak yang sebelumnya disajikan oleh para pendahulunya.

Gambar 2. Prinsip-prinsip variasi mekanika klasik. Author24 - pertukaran online makalah siswa

Newton dengan jelas merumuskan tiga hukum dasar gerak, yang dinamai menurut namanya, serta teori gravitasi universal, yang menarik garis di bawah penelitian Galileo dan menjelaskan fenomena benda jatuh bebas. Dengan demikian, gambaran dunia yang baru dan lebih baik dikembangkan.

Prinsip dasar dan variasi mekanika klasik

Mekanika klasik memberikan peneliti hasil yang akurat untuk sistem yang sering ditemui dalam kehidupan sehari-hari. Tetapi mereka akhirnya menjadi salah untuk konsep lain, yang kecepatannya hampir sama dengan kecepatan cahaya. Maka perlu menggunakan hukum relativistik dan mekanika kuantum dalam eksperimen. Untuk sistem yang menggabungkan beberapa sifat sekaligus, sebagai ganti mekanika klasik, teori medan kuanta digunakan. Untuk konsep dengan banyak komponen, atau tingkat kebebasan, arah studi dalam fisika juga memadai jika menggunakan metode mekanika statistik.

Saat ini, prinsip-prinsip utama mekanika klasik berikut dibedakan:

Prinsip invarian sehubungan dengan perpindahan spasial dan temporal (rotasi, pergeseran, simetri): ruang selalu homogen, dan lokasi awal dan orientasinya relatif terhadap badan referensi material tidak mempengaruhi jalannya proses apa pun dalam sistem tertutup.
Prinsip relativitas: aliran proses fisik dalam sistem yang terisolasi tidak terpengaruh oleh gerakan bujursangkarnya relatif terhadap konsep referensi; hukum yang menjelaskan fenomena seperti itu adalah sama di berbagai cabang fisika; proses itu sendiri akan sama jika kondisi awalnya identik.

Definisi 2

Prinsip variasi adalah ketentuan awal dan dasar mekanika analitik, yang secara matematis dinyatakan dalam bentuk hubungan variasi yang unik, dari mana rumus diferensial gerak mengikuti sebagai konsekuensi logis, serta semua jenis ketentuan dan hukum mekanika klasik.

Dalam kebanyakan kasus, fitur utama yang membedakan gerak nyata dari kelas gerak kinematik yang dipertimbangkan adalah kondisi stasioneritas, yang memastikan invarian dari deskripsi lebih lanjut.

Gambar 4. Prinsip tindakan jangka panjang. Author24 - pertukaran online makalah siswa

Aturan variasi pertama mekanika klasik adalah prinsip kemungkinan atau perpindahan virtual, yang memungkinkan Anda menemukan posisi kesetimbangan yang benar untuk sistem titik material. Oleh karena itu, pola ini membantu memecahkan masalah statika yang kompleks.

Prinsip berikutnya disebut batasan terkecil. Postulat ini mengandaikan suatu gerakan tertentu dari suatu sistem titik-titik material, yang secara langsung saling berhubungan secara kacau dan tunduk pada pengaruh apa pun dari lingkungan.

Proposisi variasi utama lainnya dalam mekanika klasik adalah prinsip jalur paling lurus, di mana setiap sistem bebas berada dalam keadaan tenang atau gerak seragam sepanjang garis tertentu dibandingkan dengan busur lain yang diizinkan oleh hubungan dan memiliki titik awal dan garis singgung yang sama dalam konsep.

Prinsip operasi dalam mekanika klasik

Persamaan gerak mekanik Newton dapat dirumuskan dalam banyak cara. Salah satunya adalah melalui formalisme Lagrange, juga disebut mekanika Lagrangian. Meskipun prinsip ini cukup setara dengan hukum Newton dalam fisika klasik, tetapi interpretasi tindakan lebih cocok untuk generalisasi semua konsep dan memainkan peran penting dalam sains modern. Memang, prinsip ini adalah generalisasi yang kompleks dalam fisika.

Secara khusus, ini sepenuhnya dipahami dalam kerangka mekanika kuantum. Interpretasi mekanika kuantum oleh Richard Feynman melalui penggunaan integral jalur didasarkan pada prinsip interaksi konstan.

Banyak masalah dalam fisika yang dapat diselesaikan dengan menerapkan prinsip operasi, yaitu mampu menemukan cara tercepat dan termudah untuk menyelesaikan masalah.

Misalnya, cahaya dapat menemukan jalan keluarnya melalui sistem optik, dan lintasan benda material dalam medan gravitasi dapat dideteksi menggunakan prinsip operasi yang sama.

Simetri dalam situasi apa pun dapat lebih dipahami dengan menerapkan konsep ini, bersama dengan persamaan Euler-Lagrange. Dalam mekanika klasik, pilihan yang tepat untuk tindakan lebih lanjut dapat dibuktikan secara eksperimental dari hukum gerak Newton. Dan, sebaliknya, dari prinsip tindakan, persamaan Newton diterapkan dalam praktik, dengan pilihan tindakan yang kompeten.

Jadi, dalam mekanika klasik, prinsip aksi dianggap secara ideal setara dengan persamaan gerak Newton. Penerapan metode ini sangat menyederhanakan penyelesaian persamaan dalam fisika, karena merupakan teori skalar, dengan aplikasi dan turunannya yang menerapkan kalkulus dasar.