Klasiskā mehānika. Skolēnu zināšanu veidošana par fizikālās teorijas uzbūvi Klasiskās mehānikas pamatprincipi

klasiskā mehānika- mehānikas veids (fizikas nozare, kas pēta ķermeņu pozīciju izmaiņu likumus telpā laika gaitā un to izraisošos cēloņus), balstoties uz Ņūtona likumiem un Galileja relativitātes principu. Tāpēc to bieži sauc Ņūtona mehānika».

Klasiskā mehānika ir sadalīta:

• statika (kas ņem vērā ķermeņu līdzsvaru)
• kinemātika (kas pēta kustības ģeometriskās īpašības, neņemot vērā tās cēloņus)
• dinamika (kas ņem vērā ķermeņu kustību).

Ir vairāki līdzvērtīgi veidi, kā formāli matemātiski aprakstīt klasisko mehāniku:

• Lagranža formālisms
• Hamiltona formālisms

Klasiskā mehānika dod ļoti precīzus rezultātus, ja tās pielietojums ir ierobežots ar ķermeņiem, kuru ātrums ir daudz mazāks par gaismas ātrumu un kuru izmēri ir daudz lielāki par atomu un molekulu izmēriem. Klasiskās mehānikas vispārinājums ķermeņiem, kas pārvietojas ar patvaļīgu ātrumu, ir relativistiskā mehānika, bet ķermeņiem, kuru izmēri ir salīdzināmi ar atomu izmēriem, - kvantu mehānika. Kvantu lauka teorija ņem vērā kvantu relatīvistiskos efektus.

Tomēr klasiskā mehānika saglabā savu vērtību, jo:

1. to ir daudz vieglāk saprast un izmantot nekā citas teorijas
2. plašā diapazonā tas diezgan labi raksturo realitāti.

Klasisko mehāniku var izmantot, lai aprakstītu tādu objektu kustību kā virsotnes un beisbola bumbas, daudzu astronomisku objektu (piemēram, planētu un galaktiku) un dažreiz pat daudzu mikroskopisku objektu, piemēram, molekulu, kustību.

Klasiskā mehānika ir paškonsekventa teorija, tas ir, tās ietvaros nav apgalvojumu, kas būtu pretrunā viens otram. Tomēr tā kombinācija ar citām klasiskajām teorijām, piemēram, klasisko elektrodinamiku un termodinamiku, rada neatrisināmas pretrunas. Jo īpaši klasiskā elektrodinamika paredz, ka gaismas ātrums ir nemainīgs visiem novērotājiem, kas ir pretrunā ar klasisko mehāniku. 20. gadsimta sākumā tas radīja nepieciešamību izveidot īpašu relativitātes teoriju. Aplūkojot kopā ar termodinamiku, klasiskā mehānika noved pie Gibsa paradoksa, kurā nav iespējams precīzi noteikt entropijas apjomu, un pie ultravioletās katastrofas, kurā melnajam ķermenim ir jāizstaro bezgalīgs enerģijas daudzums. Mēģinājumi atrisināt šīs problēmas noveda pie kvantu mehānikas rašanās un attīstības.

Pamatjēdzieni

Klasiskā mehānika darbojas ar vairākiem pamatjēdzieniem un modeļiem. Starp tiem ir jāizceļ:

Pamatlikumi

Galileja relativitātes princips

Pamatprincips, uz kura balstās klasiskā mehānika, ir relativitātes princips, kas formulēts, pamatojoties uz G. Galileo empīriskiem novērojumiem. Saskaņā ar šo principu ir bezgalīgi daudz atskaites sistēmu, kurās brīvs ķermenis atrodas miera stāvoklī vai pārvietojas ar nemainīgu ātrumu absolūtā vērtībā un virzienā. Šīs atskaites sistēmas sauc par inerciālām un pārvietojas viena pret otru vienmērīgi un taisni. Visos inerciālās atskaites sistēmās telpas un laika īpašības ir vienādas, un visi procesi mehāniskajās sistēmās pakļaujas tiem pašiem likumiem. Šo principu var formulēt arī kā absolūtu atskaites sistēmu neesamību, tas ir, atskaites sistēmu, kas kaut kā atšķiras no citām.

Ņūtona likumi

Trīs Ņūtona likumi ir klasiskās mehānikas pamatā.

Ar otro Ņūtona likumu nepietiek, lai aprakstītu daļiņas kustību. Turklāt ir nepieciešams spēka apraksts, kas iegūts, ņemot vērā fiziskās mijiedarbības, kurā ķermenis piedalās, būtību.

Enerģijas nezūdamības likums

Enerģijas nezūdamības likums ir Ņūtona likumu sekas slēgtām konservatīvajām sistēmām, tas ir, sistēmām, kurās darbojas tikai konservatīvie spēki. No fundamentālāka viedokļa pastāv saikne starp enerģijas nezūdamības likumu un laika viendabīgumu, ko izsaka Notera teorēma.

Ārpus Ņūtona likumu piemērojamības

Klasiskā mehānika ietver arī paplašinātu bezpunktu objektu sarežģīto kustību aprakstus. Eilera likumi nodrošina Ņūtona likumu paplašinājumu šajā jomā. Leņķiskā impulsa jēdziens balstās uz tām pašām matemātiskajām metodēm, ko izmanto, lai aprakstītu viendimensijas kustību.

Raķešu kustības vienādojumi paplašina ātruma jēdzienu, kad objekta impulss laika gaitā mainās, lai ņemtu vērā tādas sekas kā masas zudums. Ir divi svarīgi klasiskās mehānikas alternatīvie formulējumi: Lagranža mehānika un Hamiltona mehānika. Šie un citi mūsdienu formulējumi mēdz apiet "spēka" jēdzienu un uzsvērt citus fiziskos lielumus, piemēram, enerģiju vai darbību, lai aprakstītu mehāniskās sistēmas.

Iepriekš minētās impulsa un kinētiskās enerģijas izteiksmes ir spēkā tikai tad, ja nav būtiska elektromagnētiskā ieguldījuma. Elektromagnētismā tiek pārkāpts Ņūtona otrais likums par vadu, kas nes strāvu, ja tas neietver elektromagnētiskā lauka ieguldījumu sistēmas impulsā, kas izteikts kā Pointinga vektors, dalīts ar c 2, kur c ir gaismas ātrums brīvā telpā.

Stāsts

seno laiku

Klasiskā mehānika radās senatnē galvenokārt saistībā ar problēmām, kas radās būvniecības laikā. Pirmā no izstrādājamajām mehānikas sadaļām bija statika, kuras pamati tika likti Arhimēda darbos 3. gadsimtā pirms mūsu ēras. e. Viņš formulēja sviras likumu, teorēmu par paralēlo spēku pievienošanu, ieviesa smaguma centra jēdzienu, ielika hidrostatikas (Arhimēda spēka) pamatus.

Viduslaiki

jauns laiks

17. gadsimts

18. gadsimts

19. gadsimts

19. gadsimtā analītiskās mehānikas attīstība norisinās Ostrogradska, Hamiltona, Jakobi, Herca uc darbos.Vibrāciju teorijā Routs, Žukovskis un Ļapunovs izstrādāja mehānisko sistēmu stabilitātes teoriju. Koriolis izstrādāja relatīvās kustības teoriju, pierādot paātrinājuma teorēmu. 19. gadsimta otrajā pusē kinemātika tika nodalīta atsevišķā mehānikas sadaļā.

Īpaši nozīmīgi 19. gadsimtā bija kontinuuma mehānikas sasniegumi. Navjē un Košī formulēja elastības teorijas vienādojumus vispārīgā formā. Navjē un Stoksa darbos hidrodinamikas diferenciālvienādojumi tika iegūti, ņemot vērā šķidruma viskozitāti. Līdz ar to notiek zināšanu padziļināšana ideāla šķidruma hidrodinamikas jomā: parādās Helmholca darbi par virpuļiem, Kirhhofa, Žukovska un Reinoldsa darbi par turbulenci un Prandtls par robežefektiem. Saint-Venant izstrādāja matemātisko modeli, kas apraksta metālu plastiskās īpašības.

Jaunākais laiks

20. gadsimtā pētnieku interese pārgāja uz nelineāriem efektiem klasiskās mehānikas jomā. Ļapunovs un Anrī Puankarē lika pamatus nelineāro svārstību teorijai. Meščerskis un Ciolkovskis analizēja mainīgas masas ķermeņu dinamiku. Aerodinamika izceļas no kontinuuma mehānikas, kuras pamatus izstrādāja Žukovskis. 20. gadsimta vidū aktīvi attīstās jauns virziens klasiskajā mehānikā - haosa teorija. Sarežģītu dinamisko sistēmu stabilitātes jautājumi arī joprojām ir svarīgi.

Klasiskās mehānikas ierobežojumi

Klasiskā mehānika sniedz precīzus rezultātus sistēmām, ar kurām sastopamies ikdienā. Bet viņas prognozes kļūst nepareizas sistēmām, kas tuvojas gaismas ātrumam, kur to aizstāj ar relatīvistisko mehāniku, vai ļoti mazām sistēmām, kurās ir spēkā kvantu mehānikas likumi. Sistēmām, kas apvieno abas šīs īpašības, klasiskās mehānikas vietā tiek izmantota relatīvistiskā kvantu lauka teorija. Sistēmām ar ļoti lielu sastāvdaļu skaitu vai brīvības pakāpēm klasiskā mehānika arī nevar būt adekvāta, bet tiek izmantotas statistiskās mehānikas metodes.

Klasiskā mehānika tiek plaši izmantota, jo, pirmkārt, tā ir daudz vienkāršāka un vieglāk pielietojama nekā iepriekš uzskaitītās teorijas, un, otrkārt, tai ir lielas aproksimācijas un pielietošanas iespējas ļoti plašai fizisko objektu klasei, sākot no ierastajām, piemēram, kā vērpējs vai bumbiņa, uz lieliem astronomiskiem objektiem (planētām, galaktikām) un ļoti mikroskopiskiem (organiskām molekulām).

Lai gan klasiskā mehānika kopumā ir savietojama ar citām "klasiskajām" teorijām, piemēram, klasisko elektrodinamiku un termodinamiku, starp šīm teorijām ir dažas pretrunas, kas tika atklātas 19. gadsimta beigās. Tos var atrisināt ar modernākas fizikas metodēm. Jo īpaši klasiskās elektrodinamikas vienādojumi nav nemainīgi Galilejas transformācijās. Gaismas ātrums tajās nonāk kā konstante, kas nozīmē, ka klasiskā elektrodinamika un klasiskā mehānika varētu būt savietojamas tikai vienā izvēlētā atskaites sistēmā, kas saistīta ar ēteri. Tomēr eksperimentālā pārbaude neatklāja ētera esamību, kā rezultātā tika izveidota īpaša relativitātes teorija, kurā tika modificēti mehānikas vienādojumi. Klasiskās mehānikas principi nesaskan arī ar dažiem klasiskās termodinamikas apgalvojumiem, izraisot Gibsa paradoksu, saskaņā ar kuru nav iespējams precīzi noteikt entropiju, un ultravioletās katastrofas, kurā melnam ķermenim jāizstaro bezgalīgi daudz. enerģijas. Lai pārvarētu šīs nesaderības, tika izveidota kvantu mehānika.

Piezīmes

Interneta saites

• Videolekcija 1. Fizika: klasiskā mehānika (1999. gada rudens)// MIT Lekcijas: 8.01

Literatūra

• Arnolds V.I. Avets A. Klasiskās mehānikas ergodiskās problēmas - RHD, 1999. - 284 lpp.
• B. M. Javorskis, A. A. Detlafs. Fizika vidusskolēniem un tiem, kas iestājas augstskolās. - M .: Akadēmija, 2008. - 720 lpp. - (Augstākā izglītība). - 34 000 eksemplāru. - ISBN 5-7695-1040-4
• Sivukhins D.V. Vispārīgais fizikas kurss. - 5. izdevums, stereotipisks. - M .: Fizmatlit, 2006. - T. I. Mehānika. - 560 lpp. - ISBN 5-9221-0715-1
• A. N. MATVEJVS Mehānika un relativitātes teorija. - 3. izdevums. - M .: ONIKSS 21. gadsimts: pasaule un izglītība, 2003. - 432 lpp. - 5000 eksemplāru. - ISBN 5-329-00742-9
• C. Kittels, V. Naits, M. Rudermans Mehānika. Bērklija fizikas kurss. - M .: Lan, 2005. - 480 lpp. - (Mācību grāmatas augstskolām). - 2000 eksemplāru. - ISBN 5-8114-0644-4

No Vikipēdijas, bezmaksas enciklopēdijas

klasiskā mehānika- sava veida mehānika (fizikas sadaļa, kas pēta ķermeņu pozīciju izmaiņu likumus telpā laika gaitā un to izraisošos cēloņus), balstoties uz Ņūtona likumiem un Galileja relativitātes principu. Tāpēc to bieži sauc Ņūtona mehānika».

Klasiskā mehānika ir sadalīta:

statika (kas ņem vērā ķermeņu līdzsvaru)

kinemātika (kas pēta kustības ģeometriskās īpašības, neņemot vērā tās cēloņus)

dinamika (kas ņem vērā ķermeņu kustību).

Klasiskā mehānika dod ļoti precīzus rezultātus, ja tās pielietojums ir ierobežots ar ķermeņiem, kuru ātrums ir daudz mazāks par gaismas ātrumu un kuru izmēri ir daudz lielāki par atomu un molekulu izmēriem. Relativistiskā mehānika ir klasiskās mehānikas vispārinājums ķermeņiem, kas pārvietojas ar patvaļīgu ātrumu, un kvantu mehānikas ķermeņiem, kuru izmēri ir salīdzināmi ar atomu izmēriem.Kvantu lauka teorija ņem vērā kvantu relatīvistiskos efektus.

Tomēr klasiskā mehānika saglabā savu vērtību, jo:

to ir daudz vieglāk saprast un izmantot nekā citas teorijas

plašā diapazonā tas diezgan labi raksturo realitāti.

Klasisko mehāniku var izmantot, lai aprakstītu tādu objektu kustību kā virsotnes un beisbola bumbas, daudzu astronomisku objektu (piemēram, planētu un galaktiku) un dažreiz pat daudzu mikroskopisku objektu, piemēram, molekulu, kustību.

Klasiskā mehānika ir paškonsekventa teorija, tas ir, tās ietvaros nav apgalvojumu, kas būtu pretrunā viens otram. Tomēr tā kombinācija ar citām klasiskajām teorijām, piemēram, klasisko elektrodinamiku un termodinamiku, rada neatrisināmas pretrunas. Jo īpaši klasiskā elektrodinamika paredz, ka gaismas ātrums ir nemainīgs visiem novērotājiem, kas ir pretrunā ar klasisko mehāniku. 20. gadsimta sākumā tas radīja nepieciešamību izveidot īpašu relativitātes teoriju. Aplūkojot kopā ar termodinamiku, klasiskā mehānika noved pie Gibsa paradoksa, kurā nav iespējams precīzi noteikt entropijas apjomu, un ultravioletās katastrofas, kurā pilnīgi melnam ķermenim jāizstaro bezgalīgs enerģijas daudzums. Mēģinājumi atrisināt šīs problēmas noveda pie kvantu mehānikas rašanās un attīstības.

10 biļete MEHĀNISKAIS PASAULES ATTĒLS.TERMODINAMIKA

Termodinamika(grieķu θέρμη - "siltums", δύναμις - "spēks") - fizikas nozare, kas pēta siltuma un citu enerģijas veidu attiecības un transformācijas. Ķīmiskā termodinamika, kas pēta fizikālās un ķīmiskās pārvērtības, kas saistītas ar siltuma izdalīšanos vai absorbciju, kā arī siltuma inženierija ir izdalījusies atsevišķās disciplīnās.

Termodinamikā netiek aplūkotas atsevišķas molekulas, bet gan makroskopiski ķermeņi, kas sastāv no milzīga skaita daļiņu. Šos ķermeņus sauc par termodinamiskajām sistēmām. Termodinamikā siltuma parādības apraksta ar makroskopiskiem lielumiem - spiedienu, temperatūru, tilpumu, ..., kas nav attiecināmi uz atsevišķām molekulām un atomiem.

Teorētiskajā fizikā līdzās fenomenoloģiskajai termodinamikai, kas pēta termisko procesu fenomenoloģiju, tiek izdalīta statistiskā termodinamika, kas radīta termodinamikas mehāniskam pamatojumam un bija viena no pirmajām statistiskās fizikas sadaļām.

Termodinamiku var pielietot visdažādākajās zinātnes un tehnoloģiju tēmās, piemēram, dzinējos, fāzu pārejās, ķīmiskajās reakcijās, transporta parādībās un pat melnajos caurumos. Termodinamika ir svarīga citās fizikas un ķīmijas jomās, ķīmijas inženierijā, aviācijas un kosmosa inženierijā, mašīnbūvē, šūnu bioloģijā, biomedicīnas inženierijā, materiālu zinātnē, un tā ir noderīga citās jomās, piemēram, ekonomikā.

11 biļete ELEKTRODINAMIKA

Elektrodinamika- fizikas nozare, kas pēta elektromagnētisko lauku vispārīgākajā gadījumā (tas ir, tiek ņemti vērā no laika atkarīgi mainīgie lauki) un tā mijiedarbība ar ķermeņiem, kuriem ir elektriskais lādiņš (elektromagnētiskā mijiedarbība). Elektrodinamikas priekšmets ietver attiecības starp elektriskajām un magnētiskajām parādībām, elektromagnētisko starojumu (dažādos apstākļos, gan brīvā, gan dažādos mijiedarbības ar vielu gadījumos), elektrisko strāvu (vispārīgi runājot, maiņstrāvu) un tās mijiedarbību ar elektromagnētisko lauku (elektrisko strāvu). var uzskatīt par kustīgu lādētu daļiņu kopumu). Jebkura elektriskā un magnētiskā mijiedarbība starp uzlādētiem ķermeņiem mūsdienu fizikā tiek uzskatīta par elektromagnētiskā lauka starpniecību, un tāpēc tā ir arī elektrodinamikas priekšmets.

Visbiežāk zem termiņa elektrodinamika noklusējuma ir klasiskais elektrodinamika, kas apraksta tikai elektromagnētiskā lauka nepārtrauktās īpašības, izmantojot Maksvela vienādojumu sistēmu; lai apzīmētu mūsdienu kvantu teoriju par elektromagnētisko lauku un tā mijiedarbību ar lādētām daļiņām, parasti izmanto terminu "stabils". kvantu elektrodinamika.

12 biļete SIMMETRIJAS KONCEPCIJA DABAZINĀTĪBĀ

Emijas Nētera teorēma apgalvo, ka katra fiziskas sistēmas nepārtraukta simetrija atbilst noteiktam saglabāšanas likumam. Tādējādi enerģijas nezūdamības likums atbilst laika viendabīgumam, impulsa nezūdamības likums atbilst telpas viendabīgumam, impulsa nezūdamības likums atbilst telpas izotropijai, elektriskā lādiņa nezūdamības likums, lai novērtētu simetriju, utt.

Teorēma parasti tiek formulēta sistēmām ar darbības funkcionālu un izsaka Lagranža invarianci attiecībā uz kādu nepārtrauktu transformāciju grupu.

Teorēma tika noteikta Getingenes skolas D zinātnieku darbos. Gilberts, F. KleinaiE. Neviens. Visizplatītāko formulējumu 1918. gadā pierādīja Emmija Noetera.

Matemātikā un dabaszinātnēs sastopamie simetrijas veidi:

divpusējā simetrija - simetrija attiecībā pret spoguļa atspulgu. (Divpusējā simetrija)

n-tās kārtas simetrija - simetrija attiecībā pret rotācijām 360 ° / n leņķī ap jebkuru asi. Apraksta grupa Z n .

aksiālā simetrija (radiālā simetrija, staru simetrija) - simetrija attiecībā pret rotācijām pa patvaļīgu leņķi ap ​​asi. Apraksta SO(2) grupa.

sfēriskā simetrija - simetrija attiecībā pret rotācijām trīsdimensiju telpā caur patvaļīgiem leņķiem. Apraksta SO(3) grupa. Telpas vai vides lokālo sfērisko simetriju sauc arī par izotropiju.

rotācijas simetrija ir iepriekšējo divu simetriju vispārinājums.

translācijas simetrija - simetrija attiecībā pret telpas nobīdēm jebkurā virzienā par noteiktu attālumu.

Lorenca invariance – simetrija attiecībā pret patvaļīgām rotācijām Minkovska laiktelpā.

gabarīta invariance ir gabarīta teoriju vienādojumu veida neatkarība kvantu lauka teorijā (īpaši Jang-Milsa teorijās) mērinstrumentu transformācijās.

supersimetrija - teorijas simetrija attiecībā uz bozonu aizstāšanu ar fermioniem.

augstāka simetrija - simetrija grupu analīzē.

Kainosimetrija ir elektroniskās konfigurācijas fenomens (terminu ieviesa S. A. Ščukarevs, kurš to atklāja), kas nosaka sekundāro periodiskumu (atklāja E. V. Bīrons).

13 biļešu servisa stacija

Speciālā relativitātes teorija(SIMTS; arī privātā relativitātes teorija) ir teorija, kas apraksta kustību, mehānikas likumus, telpas un laika attiecības ar patvaļīgiem kustības ātrumiem, kas ir mazāki par gaismas ātrumu vakuumā, ieskaitot tādus, kas ir tuvu gaismas ātrumam. Speciālās relativitātes teorijas ietvaros Ņūtona klasiskā mehānika ir mazu ātrumu tuvinājums. SRT vispārināšanu gravitācijas laukiem sauc par vispārējo relativitātes teoriju.

Novirzes fizikālo procesu norisē no klasiskās mehānikas prognozēm, kuras apraksta speciālā relativitātes teorija, sauc. relatīvistiskie efekti, un ātrums, ar kādu šāda ietekme kļūst nozīmīga, ir relatīvistiski ātrumi.

14 OTO biļete

Vispārējā relativitātes teorija(vispārējā relativitāte; tā. allgemeine Relativitätstheorie) ir ģeometriskā gravitācijas teorija, kas attīsta īpašo relativitātes teoriju (SRT), ko publicēja Alberts Einšteins 1915.–1916. Vispārējās relativitātes teorijas ietvaros, tāpat kā citās metriskajās teorijās, tiek postulēts, ka gravitācijas efekti rodas ķermeņu un lauku, kas atrodas telpā-laikā, mijiedarbības rezultātā, bet gan pašas telpas-laika deformācijas dēļ, jo īpaši ir saistīts ar masas enerģijas klātbūtni. Vispārējā relativitāte atšķiras no citām gravitācijas metriskajām teorijām, izmantojot Einšteina vienādojumus, lai saistītu telpas laika izliekumu ar tajā esošo vielu.

Vispārējā relativitāte pašlaik ir visveiksmīgākā gravitācijas teorija, ko labi apstiprina novērojumi. Pirmie vispārējās relativitātes teorijas panākumi bija izskaidrot Merkura perihēlija anomālo precesiju. Pēc tam 1919. gadā Arturs Edingtons ziņoja, ka ir novērojis gaismas novirzi Saules tuvumā pilnīga aptumsuma laikā, kas kvalitatīvi un kvantitatīvi apstiprināja vispārējās relativitātes teorijas prognozes. Kopš tā laika daudzi citi novērojumi un eksperimenti ir apstiprinājuši ievērojamu skaitu teorijas prognožu, tostarp gravitācijas laika dilatācija, gravitācijas sarkanā nobīde, signāla aizkavēšanās gravitācijas laukā un līdz šim tikai netieši gravitācijas starojums. Turklāt daudzi novērojumi tiek interpretēti kā apstiprinājums vienai no noslēpumainākajām un eksotiskākajām vispārējās relativitātes teorijas prognozēm - melno caurumu esamībai.

Neskatoties uz satriecošajiem vispārējās relativitātes teorijas panākumiem, zinātnieku aprindās valda diskomforts, kas saistīts, pirmkārt, ar to, ka to nevar pārformulēt kā kvantu teorijas klasisko robežu, un, otrkārt, ar to, ka pati teorija norāda tā pielietojamības robežas, jo tas paredz nenovēršamu fizisko atšķirību parādīšanos, apsverot melnos caurumus un kopumā telpas un laika singularitātes. Lai atrisinātu šīs problēmas, ir ierosinātas vairākas alternatīvas teorijas, no kurām dažas ir arī kvantu teorijas. Tomēr pašreizējie eksperimentālie pierādījumi liecina, ka jebkura veida novirzei no vispārējās relativitātes teorijas ir jābūt ļoti mazai, ja tāda vispār pastāv.

15 biļete VISUMA PAPLAŠINĀŠANA.HABA LIKUMS

Visuma paplašināšanās- parādība, kas sastāv no gandrīz vienmērīgas un izotropiskas kosmosa izplešanās visa Visuma mērogā. Eksperimentāli Visuma paplašināšanās tiek novērota Habla likuma īstenošanas veidā. Zinātne par Visuma izplešanās sākumu uzskata tā saukto Lielo sprādzienu. Teorētiski parādību paredzēja un pamatoja A. Frīdmens vispārējās relativitātes teorijas attīstības sākumposmā no vispārējiem filozofiskiem apsvērumiem par Visuma viendabīgumu un izotropiju.

Habla likums(galaktiku vispārējās lejupslīdes likums) ir empīrisks likums, kas lineāri saista galaktikas sarkano nobīdi ar attālumu līdz tām:

kur z- galaktikas sarkanā nobīde D- attālums līdz tam H 0 ir proporcionalitātes koeficients, ko sauc par Habla konstanti. Ar nelielu vērtību z aptuvenā vienlīdzība ir spēkā cz=V r, kur V r ir galaktikas ātrums gar novērotāja redzes līniju, c- gaismas ātrums. Šajā gadījumā likumam ir klasiskā forma:

Šis vecums ir šobrīd raksturīgais Visuma izplešanās laiks un līdz koeficientam 2 atbilst Visuma vecumam, kas aprēķināts, izmantojot standarta Frīdmena kosmoloģisko modeli.

16 biļete FRIEDMAN MODELIS. SINGULARITĀTE

Frīdmena Visums(Frīdmena-Lemaitra-Robertsona-Volkera metrika) ir viens no kosmoloģiskajiem modeļiem, kas apmierina vispārējās relativitātes teorijas lauka vienādojumus, pirmais no Visuma nestacionārajiem modeļiem. Saņēmis Aleksandrs Frīdmans 1922. gadā. Frīdmena modelis apraksta viendabīgu izotropu nestacionārs Visums ar matēriju, kurai ir pozitīvs, nulles vai negatīvs nemainīgs izliekums. Šis zinātnieka darbs kļuva par galveno vispārējās relativitātes teorijas attīstību pēc Einšteina darba 1915.–1917.

gravitācijas singularitāte- telpas laika apgabals, caur kuru nav iespējams turpināt ģeodēzisko līniju. Bieži tajā telpas-laika kontinuuma izliekums pagriežas līdz bezgalībai vai arī metrikai ir citas patoloģiskas īpašības, kas neļauj fiziski interpretēt (piemēram, kosmoloģiskā singularitāte- Visuma stāvoklis Lielā sprādziena sākuma brīdī, ko raksturo bezgalīgs vielas blīvums un temperatūra);

17 biļete LIELĀ SPRĀDZIENA TEORIJA.RELIKTAIS RADIĀCIJA

Relikts starojums(vai Kosmiskais mikroviļņu fona starojums no angļu valodas Kosmiskais mikroviļņu fona starojums) - kosmiskais elektromagnētiskais starojums ar augstu izotropijas pakāpi un spektru, kas raksturīgs absolūti melnam ķermenim ar temperatūru 2,725 K.

CMB pastāvēšana tika prognozēta teorētiski Lielā sprādziena teorijas ietvaros. Lai gan daudzi sākotnējās Lielā sprādziena teorijas aspekti tagad ir pārskatīti, pamati, kas ļāva prognozēt CMB temperatūru, nav mainījušies. Tiek uzskatīts, ka reliktais starojums ir saglabājies no Visuma pastāvēšanas sākuma stadijām un vienmērīgi piepilda to. Tā eksistence tika eksperimentāli apstiprināta 1965. gadā. Kopā ar kosmoloģisko sarkano nobīdi kosmiskais mikroviļņu fona starojums tiek uzskatīts par vienu no galvenajiem Lielā sprādziena teorijas apstiprinājumiem.

Lielais sprādziens(Angļu) lielais sprādziens) ir kosmoloģisks modelis, kas apraksta Visuma agrīno attīstību, proti, Visuma izplešanās sākumu, pirms kura Visums atradās vienskaitlī.

Parasti tagad automātiski apvieno Lielā sprādziena teoriju un karstā Visuma modeli, taču šie jēdzieni ir neatkarīgi un vēsturiski pastāvēja arī aukstā sākotnējā Visuma jēdziens Lielā sprādziena tuvumā. Tālāk tiek aplūkota Lielā sprādziena teorijas kombinācija ar karstā Visuma teoriju, ko atbalsta kosmiskā mikroviļņu fona starojuma esamība.

18 biļete KOSMOSA VAKUUMS

Vakuums(rel. vakuums- tukšums) - telpa, kas brīva no matērijas. Inženierzinātnēs un lietišķajā fizikā vakuumu saprot kā vidi, kas satur gāzi ar spiedienu, kas ir krietni zem atmosfēras spiediena. Vakuumu raksturo attiecība starp gāzes molekulu vidējo brīvo ceļu λ un vides raksturīgo izmēru d. Zem d var ņemt attālumu starp vakuuma kameras sienām, vakuuma cauruļvada diametru utt Atkarībā no attiecības vērtības λ / d Atšķir zemu (), vidēju () un augstu () vakuumu.

Ir nepieciešams atšķirt jēdzienus fiziskais vakuums un tehniskais vakuums.

19 biļete KVANTUMMEHĀNIKAS

Kvantu mehānika- teorētiskās fizikas sadaļa, kas apraksta fiziskas parādības, kurās darbība pēc lieluma ir salīdzināma ar Planka konstanti. Kvantu mehānikas prognozes var būtiski atšķirties no klasiskās mehānikas prognozēm. Tā kā Planka konstante ir ārkārtīgi maza salīdzinājumā ar ikdienas priekšmetu darbību, kvantu efekti lielākoties parādās tikai mikroskopiskos mērogos. Ja sistēmas fiziskā darbība ir daudz lielāka par Planka konstanti, kvantu mehānika organiski pāriet klasiskajā mehānikā. Savukārt kvantu mehānika ir kvantu lauka teorijas nerelativistisks tuvinājums (tas ir, mazu enerģiju tuvinājums salīdzinājumā ar sistēmas masīvo daļiņu pārējo enerģiju).

Klasiskā mehānika, kas labi apraksta makroskopisko mērogu sistēmas, nespēj aprakstīt parādības atomu, molekulu, elektronu un fotonu līmenī. Kvantu mehānika adekvāti apraksta atomu, jonu, molekulu, kondensētās vielas un citu sistēmu ar elektronu-kodolu struktūru pamatīpašības un uzvedību. Kvantu mehānika spēj aprakstīt arī elektronu, fotonu un citu elementārdaļiņu uzvedību, bet precīzāks relatīvistiski nemainīgs elementārdaļiņu pārvērtību apraksts tiek veidots kvantu lauka teorijas ietvaros. Eksperimenti apstiprina rezultātus, kas iegūti ar kvantu mehānikas palīdzību.

Kvantu kinemātikas pamatjēdzieni ir novērojamā un stāvokļa jēdzieni.

Kvantu dinamikas pamatvienādojumi ir Šrēdingera vienādojums, fon Neimana vienādojums, Lindblada vienādojums, Heizenberga vienādojums un Pauli vienādojums.

Kvantu mehānikas vienādojumi ir cieši saistīti ar daudzām matemātikas nozarēm, tai skaitā: operatoru teoriju, varbūtību teoriju, funkcionālo analīzi, operatoru algebrām, grupu teoriju.

Pilnīgi melns korpuss- fizikālā idealizācija, ko izmanto termodinamikā, ķermenis, kas absorbē visu uz to krītošo elektromagnētisko starojumu visos diapazonos un neko neatspoguļo. Neskatoties uz nosaukumu, melns ķermenis pats var izstarot jebkuras frekvences elektromagnētisko starojumu un vizuāli tam ir krāsa.Melna ķermeņa starojuma spektru nosaka tikai tā temperatūra.

Melnā ķermeņa nozīme jautājumā par jebkura (pelēkā un krāsainā) ķermeņa termiskā starojuma spektru kopumā, papildus tam, ka tas ir vienkāršākais netriviālais gadījums, ir arī tajā, ka jautājums par līdzsvara termiskā starojuma spektru jebkuras krāsas ķermeņi un atstarošanas koeficients ar klasiskās termodinamikas metodēm tiek reducēti uz jautājumu par radiāciju no absolūti melna ķermeņa (un vēsturiski tas tika darīts jau 19. gs. beigās, kad radās problēma par radiāciju no absolūti melna ķermeņa izvirzījās priekšplānā).

Melnākās reālās vielas, piemēram, sodrēji, redzamā viļņa garuma diapazonā absorbē līdz 99% no krītošā starojuma (tas ir, to albedo ir 0,01), bet infrasarkano starojumu tās absorbē daudz sliktāk. No Saules sistēmas ķermeņiem Saulei vislielākā mērā piemīt absolūti melna ķermeņa īpašības.

Šo terminu ieviesa Gustavs Kirhhofs 1862. gadā.

20 biļešu KVANTUMMEHĀNIKAS PRINCIPI

Visas mūsdienu fizikas problēmas var iedalīt divās grupās: klasiskās fizikas problēmas un kvantu fizikas problēmas.Pētot parasto makroskopisko ķermeņu īpašības, gandrīz nekad nesastopas ar kvantu problēmām, jo ​​kvantu īpašības kļūst taustāmas tikai mikrokosmosā. . Tāpēc 19. gadsimta fizika, kas pētīja tikai makroskopiskus ķermeņus, kvantu procesus pilnībā nezināja. Tā ir klasiskā fizika. Klasiskajai fizikai raksturīgi, ka tā neņem vērā matērijas atomisko struktūru. Taču tagad eksperimentālo tehnoloģiju attīstība ir tik plaši izbīdījusi mūsu dabas iepazīšanas robežas, ka tagad mēs zinām un turklāt ļoti detalizēti atsevišķu atomu un molekulu stingrību. Mūsdienu fizika pēta matērijas atomu uzbūvi un līdz ar to vecās 19. gadsimta klasiskās fizikas principus. nācās mainīties saskaņā ar jaunajiem faktiem un radikāli mainīties. Šīs principu izmaiņas ir pāreja uz kvantu fiziku.

21 biļete KORPUSKULĀRA-VIĻŅU DUĀLISMS

Korpuskulāro viļņu duālisms- princips, ka jebkuram objektam var būt gan viļņu, gan daļiņu īpašības. Tas tika ieviests kvantu mehānikas attīstības laikā, lai interpretētu mikrokosmosā novērotās parādības no klasisko jēdzienu viedokļa. Viļņu-daļiņu dualitātes principa tālāka attīstība bija kvantizēto lauku jēdziens kvantu lauka teorijā.

Kā klasisku piemēru gaismu var interpretēt kā asinsķermenīšu (fotonu) plūsmu, kam daudzos fizikālos efektos piemīt elektromagnētisko viļņu īpašības. Gaismai piemīt viļņa īpašības difrakcijas un traucējumu parādībās mērogos, kas ir salīdzināmi ar gaismas viļņa garumu. Piemēram, pat viens fotoni, kas iet cauri dubultajai spraugai, rada traucējumu modeli uz ekrāna, ko nosaka Maksvela vienādojumi.

Neskatoties uz to, eksperiments parāda, ka fotons nav īss elektromagnētiskā starojuma impulss, piemēram, to nevar sadalīt vairākos staros ar optisko staru sadalītājiem, ko uzskatāmi parādīja franču fiziķu Granžjē, Rodžē un Aspes 1986. gadā veiktais eksperiments. . Gaismas korpuskulārās īpašības izpaužas fotoelektriskajā efektā un Komptona efektā. Fotons arī uzvedas kā daļiņa, ko pilnībā izstaro vai absorbē objekti, kuru izmēri ir daudz mazāki par tā viļņa garumu (piemēram, atomu kodoli), vai arī to parasti var uzskatīt par punktu (piemēram, elektronu).

Pašlaik viļņu-daļiņu dualitātes jēdziens ir tikai vēsturiski interesants, jo tas kalpoja tikai kā interpretācija, veids, kā aprakstīt kvantu objektu uzvedību, izvēloties tam analoģijas no klasiskās fizikas. Faktiski kvantu objekti nav ne klasiski viļņi, ne klasiskas daļiņas, kas iegūst pirmās vai otrās īpašības tikai kādā tuvinājumā. Metodoloģiski pareizāks ir kvantu teorijas formulējums ceļu integrāļu (propagator) izteiksmē, brīvs no klasisko jēdzienu izmantošanas.

22 biļete ATOMA UZBŪVES KONCEPCIJA ATOMA MODEĻI

Tomsona atoma modelis(modelis "Pudiņš ar rozīnēm", eng. plūmju pudiņa modelis).J. J. Tomsons ierosināja uzskatīt atomu par kādu pozitīvi lādētu ķermeni, kura iekšpusē ir ietverti elektroni. To beidzot atspēkoja Rezerfords pēc sava slavenā eksperimenta par alfa daļiņu izkliedi.

Nagaokas agrīnais planētas atoma modelis. 1904. gadā japāņu fiziķis Hantaro Nagaoka ierosināja atoma modeli, kas uzbūvēts pēc analoģijas ar planētu Saturns. Šajā modelī elektroni, kas apvienoti gredzenos, griezās ap nelielu pozitīvu kodolu orbītā. Modelis izrādījās nepareizs.

Bora-Ruterforda atoma planētu modelis. 1911. gadā Ernests Raterfords, veicot virkni eksperimentu, nonāca pie secinājuma, ka atoms ir sava veida planētu sistēma, kurā elektroni pārvietojas orbītā ap smago pozitīvi lādētu kodolu, kas atrodas atoma centrā ("Rutherforda modelis atoms"). Tomēr šāds atoma apraksts nonāca pretrunā ar klasisko elektrodinamiku. Fakts ir tāds, ka saskaņā ar klasisko elektrodinamiku elektronam, pārvietojoties ar centripetālo paātrinājumu, ir jāizstaro elektromagnētiskie viļņi un līdz ar to jāzaudē enerģija. Aprēķini parādīja, ka laiks, kas nepieciešams, lai elektrons šādā atomā nokristu uz kodolu, ir absolūti niecīgs. Lai izskaidrotu atomu stabilitāti, Nilsam Boram bija jāievieš postulāti, kas beidzās ar faktu, ka elektrons atomā, atrodoties īpašos enerģijas stāvokļos, neizstaro enerģiju ("Bora-Ruterforda atoma modelis"). Bora postulāti parādīja, ka klasiskā mehānika nav piemērojama atoma aprakstīšanai. Turpmāka atoma starojuma izpēte noveda pie kvantu mehānikas izveidošanas, kas ļāva izskaidrot lielāko daļu novēroto faktu.

Atom(cits grieķu ἄτομος- nedalāms) - mazākā ķīmiski nedalāmā ķīmiskā elementa daļa, kas ir tā īpašību nesēja. Atoms sastāv no atoma kodola un elektroniem. Atoma kodolu veido pozitīvi lādēti protoni un neuzlādēti neitroni. Ja protonu skaits kodolā sakrīt ar elektronu skaitu, tad atoms kopumā ir elektriski neitrāls. Pretējā gadījumā tam ir kāds pozitīvs vai negatīvs lādiņš, un to sauc par jonu. Atomi tiek klasificēti pēc protonu un neitronu skaita kodolā: protonu skaits nosaka, vai atoms pieder noteiktam ķīmiskajam elementam, un neitronu skaits nosaka šī elementa izotopu.

Dažādu veidu atomi dažādos daudzumos, kas savienoti ar starpatomiskām saitēm, veido molekulas.

23 biļete FUNDAMENTĀLĀS MIJIETIECĪBAS

Fundamentālas mijiedarbības- kvalitatīvi dažādi no tiem veidoto ķermeņu elementārdaļiņu mijiedarbības veidi.

Mūsdienās ir ticami zināma četru fundamentālu mijiedarbību esamība:

gravitācijas

elektromagnētiskais

stiprs

vājš

Tajā pašā laikā elektromagnētiskā un vājā mijiedarbība ir viena izpausme elektrovāja mijiedarbība.

Notiek cita veida fundamentālo mijiedarbību meklējumi gan mikropasaules parādībās, gan kosmiskā mērogā, taču līdz šim cita veida fundamentāla mijiedarbība nav atklāta.

Fizikā mehānisko enerģiju iedala divos veidos – potenciālajā un kinētiskajā. Ķermeņu kustības izmaiņu (kinētiskās enerģijas izmaiņu) cēlonis ir spēks (potenciālā enerģija) (skat. Ņūtona otro likumu) Izpētot apkārtējo pasauli, varam pamanīt visdažādākos spēkus: gravitāciju, vītnes spriegojumu, atsperes saspiešanas spēks, ķermeņu sadursmes spēks, berzes spēks, gaisa pretestības spēks, sprādziena spēks utt. Tomēr, kad tika noskaidrota matērijas atomu struktūra, kļuva skaidrs, ka visa šo spēku dažādība ir atomu mijiedarbības rezultāts. viens ar otru. Tā kā galvenais starpatomiskās mijiedarbības veids ir elektromagnētiskais, izrādījās, ka lielākā daļa šo spēku ir tikai dažādas elektromagnētiskās mijiedarbības izpausmes. Viens no izņēmumiem ir, piemēram, gravitācijas spēks, ko izraisa gravitācijas mijiedarbība starp ķermeņiem, kuriem ir masa.

24 biļešu ELEMENTĀRĀS DAĻAS UN TO ĪPAŠĪBAS

Elementārā daļiņa- kolektīvs termins, kas attiecas uz mikroobjektiem subnukleārā mērogā, kurus nevar sadalīt to sastāvdaļās.

Jāpatur prātā, ka dažas elementārdaļiņas (elektrons, fotons, kvarki utt.) pašlaik tiek uzskatītas par bezstruktūras un tiek uzskatītas par primārām. pamatdaļiņas. Citas elementārdaļiņas (tā sauktās sastāvā esošās daļiņas-protons, neitrons utt.) ir sarežģīta iekšējā struktūra, taču saskaņā ar mūsdienu koncepcijām tos nav iespējams sadalīt daļās (sk. Ieslodzījums).

Elementārdaļiņu uzbūvi un uzvedību pēta elementārdaļiņu fizika.

Galvenais raksts:Kvarki

Kvarki un antikvarki nekad nav atrasti brīvā stāvoklī – tas tiek skaidrots ar ieslodzījuma fenomenu. Pamatojoties uz leptonu un kvarku simetriju, kas izpaužas elektromagnētiskajā mijiedarbībā, tiek izvirzītas hipotēzes, ka šīs daļiņas sastāv no fundamentālākām daļiņām - preoniem.

25 biļete BIFURKĀCIJAS JĒDZIENS BIFURKĀCIJAS PUNKTS

Bifurkācija ir jaunas kvalitātes iegūšana dinamiskas sistēmas kustībās ar nelielām izmaiņām tās parametros.

Bifurkācijas teorijas centrālais jēdziens ir (ne)aptuvenas sistēmas jēdziens (skatīt zemāk). Tiek ņemta jebkura dinamiska sistēma un tiek uzskatīta tāda (daudz)parametriskā dinamisko sistēmu saime, ka sākotnējā sistēma tiek iegūta kā īpašs gadījums - jebkurai vienai parametra (parametru) vērtībai. Ja tiek saglabāts kvalitatīvais attēls par fāzu telpas sadalījumu trajektorijās parametru vērtībai, kas ir pietiekami tuvu dotajam, tad šādu sistēmu sauc. raupja. Pretējā gadījumā, ja šādas apkārtnes nav, tad sistēma tiek izsaukta raupja.

Tādējādi parametru telpā parādās raupju sistēmu apgabali, kurus atdala virsmas, kas sastāv no nerupjām sistēmām. Bifurkāciju teorija pēta kvalitatīva attēla atkarību, kad parametrs nepārtraukti mainās pa noteiktu līkni. Tiek saukta shēma, pēc kuras mainās kvalitatīvais attēls bifurkācijas diagramma.

Galvenās bifurkācijas teorijas metodes ir perturbācijas teorijas metodes. Jo īpaši tas attiecas mazo parametru metode(Pontrjagins).

bifurkācijas punkts- izveidotā sistēmas darbības režīma maiņa. Termins no nelīdzsvara termodinamikas un sinerģētikas.

bifurkācijas punkts- sistēmas kritiskais stāvoklis, kurā sistēma kļūst nestabila attiecībā pret svārstībām un rodas nenoteiktība: vai sistēmas stāvoklis kļūs haotisks vai pāries uz jaunu, diferencētāku un augstāku kārtības līmeni. Termins no pašorganizācijas teorijas.

26 biļete SINERĢĒTIKA - ZINĀTNE PAR ATKLĀTĀM PAŠORGANIZĒJOŠĀM SISTĒMĀM

Sinerģētika(cits grieķu συν-- prefikss ar nozīmi saderība un ἔργον- "aktivitāte") - starpdisciplinārs zinātniskās pētniecības virziens, kura uzdevums ir pētīt dabas parādības un procesus, pamatojoties uz sistēmu pašorganizēšanās principiem (sastāv. no apakšsistēmām). "... Zinātne, kas pēta pašorganizēšanās procesus un visdažādāko raksturu struktūru rašanos, saglabāšanu, stabilitāti un sabrukšanu ...".

Sinerģētika sākotnēji tika deklarēta kā starpdisciplināra pieeja, jo pašorganizēšanās procesus regulējošie principi šķiet vieni un tie paši (neatkarīgi no sistēmu būtības), un to aprakstīšanai vajadzētu būt piemērotam kopējam matemātiskajam aparātam.

No ideoloģiskā viedokļa sinerģētika dažkārt tiek pozicionēta kā “globālais evolūcija” vai “universālā evolūcijas teorija”, kas nodrošina vienotu pamatu, lai aprakstītu jebkādu inovāciju rašanās mehānismus, tāpat kā savulaik kibernētika tika definēta kā “universālā kontrole”. teorija”, kas ir vienlīdz piemērots, lai aprakstītu jebkādas regulēšanas un optimizācijas darbības. : dabā, tehnoloģijā, sabiedrībā utt., uc Tomēr laiks ir parādījis, ka vispārējā kibernētiskā pieeja ne tuvu nav attaisnojusi visas uz to liktās cerības. Tāpat tiek kritizēta arī sinerģētisko metožu pielietojamības plašā interpretācija.

Sinerģētikas pamatjēdziens ir struktūras definīcija kā štatos, kas rodas tādu daudzelementu struktūru vai daudzfaktoru mediju daudzveidīgas un neskaidras uzvedības rezultātā, kas nepazeminās līdz slēgtu sistēmu termodinamiskās vidējās vērtības noteikšanas standartam, bet attīstās atvērtības, enerģijas pieplūdes no ārpuses, iekšējās nelinearitātes dēļ. procesi, īpašu režīmu parādīšanās ar asināšanu un vairāk nekā viena stabila stāvokļa klātbūtne. Norādītajās sistēmās nav piemērojams ne otrais termodinamikas likums, ne Prigožina teorēma par minimālo entropijas veidošanās ātrumu, kas var izraisīt jaunu struktūru un sistēmu veidošanos, tostarp sarežģītākas par sākotnējām.

Šo fenomenu sinerģētika interpretē kā vispārēju evolūcijas virziena mehānismu, kas novērots visur dabā: no elementāra un primitīva līdz sarežģītākam un pilnīgākam.

Dažos gadījumos jaunu struktūru veidošanai ir regulārs viļņu raksturs, un tad tos sauc par autoviļņu procesiem (pēc analoģijas ar pašsvārstībām).

27 biļete DZĪVES JĒDZIENS. DZĪVES IZCELSMES PROBLĒMA

Dzīve- vielas eksistences aktīvā forma, savā ziņā visaugstākā salīdzinājumā ar tās fizikālajām un ķīmiskajām eksistences formām; šūnā notiekošo fizikālo un ķīmisko procesu kopums, kas ļauj apmainīties ar vielu un dalīties. Dzīvās vielas galvenais atribūts ir replikācijai izmantotā ģenētiskā informācija. Vairāk vai mazāk precīzi definēt jēdzienu "dzīve" var tikai uzskaitīt īpašības, kas to atšķir no nedzīvības. Ārpus šūnas dzīvība nepastāv, vīrusi dzīvās vielas īpašības uzrāda tikai pēc ģenētiskā materiāla pārnešanas šūnā [ avots nav norādīts 268 dienas] . Pielāgojoties videi, dzīvā šūna veido visu dzīvo organismu daudzveidību.

Tāpat ar vārdu "dzīve" saprot viena organisma pastāvēšanas periodu no rašanās brīža līdz tā nāvei (ontoģenēzei).

1860. gadā franču ķīmiķis Luiss Pastērs pievērsās dzīvības izcelsmes problēmai. Ar saviem eksperimentiem viņš pierādīja, ka baktērijas ir visuresošas un ka dzīvās būtnes var viegli piesārņot nedzīvus materiālus, ja tie nav pareizi sterilizēti. Zinātnieks ūdenī vārīja dažādas barotnes, kurās varēja veidoties mikroorganismi. Papildu vārīšana nogalināja mikroorganismus un to sporas. Pastērs piestiprināja S-veida caurulei noslēgtu kolbu ar brīvu galu. Mikroorganismu sporas apmetās uz izliektas caurules un nevarēja iekļūt barības vielu vidē. Labi vārīta barotne palika sterila, tajā netika atrasta dzīvība, neskatoties uz to, ka tika nodrošināta gaisa piekļuve.

Eksperimentu sērijas rezultātā Pastērs pierādīja bioģenēzes teorijas pamatotību un beidzot atspēkoja spontānās ģenerēšanas teoriju.

28 biļete OPARINA DZĪVES IZCELSMES KONCEPCIJA

Sers ĪZAKS ŅŪTONS (1643. gada 4. janvāris - 1727. gada 31. marts) - izcils angļu zinātnieks, kurš licis mūsdienu dabaszinātņu pamatus, klasiskās fizikas radītājs, Londonas Karaliskās biedrības biedrs un tās prezidents (kopš 1703. gada). Dzimis Vulstorpē. Beidzis Kembridžas Universitāti 1665. gadā. 1666. gada martā-jūnijā Ņūtons apmeklēja Kembridžu. Taču vasarā jauns mēra vilnis viņu atkal lika pamest mājas. Visbeidzot, 1667. gada sākumā epidēmija norima, un aprīlī Ņūtons atgriezās Kembridžā. 1. oktobrī viņu ievēlēja par Trīsvienības koledžas stipendiātu un 1668. gadā kļuva par meistaru. Viņam tika piešķirta plaša privātā istaba dzīvošanai, alga 2 mārciņas gadā un studentu grupa, ar kuru viņš vairākas stundas nedēļā apzinīgi mācījās standarta priekšmetus. Taču ne toreiz, ne vēlāk Ņūtons nekļuva slavens kā skolotājs, viņa lekcijas bija vāji apmeklētas. viens

Nostiprinājis savas pozīcijas, Ņūtons devās uz Londonu, kur neilgi pirms tam, 1660. gadā, tika nodibināta Londonas Karaliskā biedrība - autoritatīva ievērojamu zinātnieku organizācija, viena no pirmajām Zinātņu akadēmijām. Karaliskās biedrības drukātais orgāns bija žurnāls Philosophical Transactions.

1669. gadā Eiropā sāka parādīties matemātikas darbi, izmantojot izvērsumus bezgalīgās sērijās. Lai gan šo atklājumu dziļums nebija salīdzināms ar Ņūtona atklājumiem, Barovs uzstāja, ka viņa students šajā jautājumā nosaka savu prioritāti. 2 ___________________________________

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

2. Akroids P. “Īzaks Ņūtons. Biogrāfija". - M.: Kolibri, Azbuka-Aticus, 2011

Ņūtons uzrakstīja īsu, bet diezgan pilnīgu kopsavilkumu par šo savu atklājumu daļu, ko viņš sauca par "Analīzi, izmantojot vienādojumus ar bezgalīgu skaitu terminu". Barovs nosūtīja šo traktātu uz Londonu. Ņūtons lūdza Barou neatklāt darba autora vārdu (bet viņš tomēr ļāva tam paslīdēt). "Analīze" izplatījās speciālistu vidū un ieguva zināmu slavu Anglijā un ārpus tās.

Tajā pašā gadā Barovs pieņēma karaļa uzaicinājumu kļūt par galma kapelānu un pameta mācības. 1669. gada 29. oktobrī 26 gadus vecais Ņūtons tika ievēlēts par viņa pēcteci, matemātikas un optikas profesoru Trīsvienības koledžā, ar lielu algu 100 mārciņu gadā. Barovs atstāja Ņūtonu plašu alķīmijas laboratoriju; šajā periodā Ņūtons nopietni aizrāvās ar alķīmiju, veica daudz ķīmisku eksperimentu Ņūtons formulēja klasiskās mehānikas pamatlikumus, atklāja universālās gravitācijas likumu, gaismas izkliedi, izstrādāja gaismas korpuskulāro teoriju, izstrādāja diferenciāl- un integrālrēķinus. . Apkopojot savu priekšgājēju un savu pētījumu rezultātus mehānikas jomā, Ņūtons radīja milzīgu darbu "Dabas filozofijas matemātiskie principi" ("Sākums"), kas publicēts 1687. gadā. "Sākums" saturēja klasiskās mehānikas pamatjēdzienus, jo īpaši jēdzienus: masa, impulss, spēks, paātrinājums, centripetālais spēks un trīs kustības likumi. Tajā pašā darbā ir dots viņa universālās gravitācijas likums, uz kura pamata Ņūtons izskaidroja debess ķermeņu kustību un radīja gravitācijas teoriju. 1 Šī likuma atklāšana beidzot apstiprināja Kopernika mācību uzvaru. Viņš parādīja, ka Keplera trīs likumi izriet no universālās gravitācijas likuma; skaidroja mēness kustības īpatnības, gājiena fenomenu; izstrādāja Zemes figūras teoriju, atzīmējot, ka tā ir jāsaspiež pie poliem, __________________________________

1. Akroids P. “Īzaks Ņūtons. Biogrāfija". - M.: Kolibri, Azbuka-Aticus, 2011

bēgumu un bēgumu teorija; apsvēra mākslīgā Zemes pavadoņa izveidošanas problēmu utt. Ņūtons izstrādāja pretestības likumu un iekšējās berzes pamatlikumu šķidrumos un gāzēs, deva formulu viļņu izplatīšanās ātrumam.

Kolekcijas izvade:

VEIDOŠANĀS VĒSTUREANALĪTISKI MEHĀNIKAS

Koroļovs Vladimirs Stepanovičs

asociētais profesors, Cand. Fiz.-matemāt. Zinātnes,

Sanktpēterburgas Valsts universitāte,
Krievijas Federācija, Sanktpēterburga

VEIDOŠANĀS VĒSTUREANALĪTIKAS MEHĀNIKAS

Vladimirs Koroļovs

Fizikas un matemātikas zinātņu kandidāts, docents,

Sanktpēterburgas Valsts universitāte,
Krievija, Sanktpēterburga

anotācija

Apskatīti mehānikas zinātņu klasiķu darbi, kas tapuši pēdējo gadu laikā. Tika mēģināts novērtēt viņu ieguldījumu zinātnes tālākajā attīstībā.

Abstrakts

Apskatīti zinātņu klasiķu darbi par mehāniku, kas veikti pēdējos gados. Tiek mēģināts novērtēt to ieguldījumu zinātnes tālākajā attīstībā.

Atslēgvārdi: mehānikas vēsture; zinātnes attīstība.

atslēgvārdi: mehānikas vēsture; zinātnes attīstība.

Ievads

Mehānika ir zinātne par kustību. Vārdi teorētisks vai analītisks liecina, ka prezentācijā netiek izmantota pastāvīga atsauce uz eksperimentu, bet tiek veikta matemātiski modelējot, pamatojoties uz aksiomātiski pieņemtiem postulātiem un apgalvojumiem, kuru saturu nosaka materiālās pasaules dziļās īpašības.

Teorētiskā mehānika ir zinātnisko zināšanu pamats. Ir grūti novilkt skaidru robežu starp teorētisko mehāniku un dažām matemātikas vai fizikas nozarēm. Daudzas metodes, kas radītas mehānikas problēmu risināšanā, formulētas iekšējā matemātikas valodā, saņēma abstraktu turpinājumu un noveda pie jaunu matemātikas un citu zinātņu nozaru radīšanas.

Teorētiskās mehānikas pētījuma priekšmets ir atsevišķi materiāli ķermeņi vai izvēlētas ķermeņu sistēmas to kustības un mijiedarbības procesā starp sevi un apkārtējo pasauli, mainoties relatīvajam stāvoklim telpā un laikā. Ir vispārpieņemts, ka objekti ap mums ir gandrīz absolūti cieti ķermeņi. Deformējamie ķermeņi, šķidrās un gāzveida vielas gandrīz netiek ņemtas vērā vai netieši ņemtas vērā, jo tie ietekmē izvēlēto mehānisko sistēmu kustību. Teorētiskā mehānika nodarbojas ar mehānisko kustību formu vispārīgajiem modeļiem un matemātisko modeļu konstruēšanu, lai aprakstītu iespējamo mehānisko sistēmu uzvedību. Tas ir balstīts uz likumiem, kas noteikti eksperimentos vai īpašos fizikālajos eksperimentos un tiek uzskatīti par aksiomām vai patiesību, kas neprasa pierādījumus, kā arī izmanto lielu fundamentālu (kopīgu daudzām zinātnes nozarēm) un īpašu jēdzienu un definīciju kopumu. Tie ir tikai aptuveni pareizi un ir apšaubīti, kā rezultātā ir radušās jaunas teorijas un virzieni turpmākiem pētījumiem. Mums nav dota ideāla nekustīga telpa vai tās metrika, kā arī vienmērīgas kustības procesi, ar kuriem var saskaitīt absolūti precīzus laika intervālus.

Kā zinātne tā radusies 4. gadsimtā pirms mūsu ēras sengrieķu zinātnieku darbos, jo zināšanas tika uzkrātas kopā ar fiziku un matemātiku, to līdz pat pirmajam gadsimtam aktīvi attīstīja dažādas filozofiskās skolas un izcēlās kā patstāvīgs virziens. Līdz šim ir izveidojušies daudzi zinātnes virzieni, tendences, metodes un pētniecības iespējas, kas rada atsevišķas hipotēzes vai teorijas aprakstam un modelēšanai, pamatojoties uz visām uzkrātajām zināšanām. Daudzi dabaszinātņu sasniegumi attīsta vai papildina pamatjēdzienus mehānikas problēmās.Šo telpa, ko nosaka izmērs un struktūra, jautājums vai viela, kas aizpilda telpu, satiksme kā matērijas eksistences forma, enerģiju kā viena no galvenajām kustības iezīmēm.

Klasiskās mehānikas pamatlicēji

· arhitektūra Tarentskis (428-365 BC), Pitagora filozofijas skolas pārstāvis, bija viens no pirmajiem, kas izstrādāja problēmas mehānikā.

· Platons(427-347), Sokrata skolnieks, attīstīja un apsprieda daudzas filozofiskās skolas problēmas, radīja ideālās pasaules teoriju un ideālās valsts doktrīnu.

· Aristotelis(384-322), Platona skolnieks, veidoja vispārīgos kustības principus, radīja debess sfēru kustības teoriju, virtuālo ātrumu principu, par kustības avotu uzskatīja spēkus, kas radušies ārējās ietekmes ietekmē.

1. attēls.

· Eiklīds(340-287), formulēja daudzus matemātiskos postulātus un fizikālās hipotēzes, lika pamatus ģeometrijai, ko izmanto klasiskajā mehānikā.

· Arhimēds(287-212), lika pamatus mehānikai un hidrostatikai, vienkāršu mašīnu teorijai, izgudroja Arhimēda skrūvi ūdens padevei, sviru un daudzas dažādas celšanas un militārās mašīnas.

2. attēls.

· Hiparhs(180-125), izveidoja Mēness kustības teoriju, izskaidroja Saules un planētu šķietamo kustību un ieviesa ģeogrāfiskās koordinātas.

· Gārnis Aleksandrija (1. gs. p.m.ē.), izpētīja pacelšanas mehānismus un ierīces, izgudroja automātiskās durvis, tvaika turbīnu, pirmais radīja programmējamas ierīces, pētīja hidrostatiku un optiku.

· Ptolemajs(100-178 AD), mehāniķis, optiķis, astronoms, ierosināja ģeocentrisku pasaules sistēmu, pētīja Saules, Mēness un planētu šķietamo kustību.

3. attēls

gadā zinātne tika tālāk attīstīta renesanse daudzu Eiropas zinātnieku pētījumos.

· Leonardo da Vinči(1452-1519), universāla radoša personība, daudz nodarbojās ar teorētisko un praktisko mehāniku, pētīja cilvēku kustību un putnu lidojumu mehāniku.

· Nikolajs Koperniks(1473-1543), izstrādāja pasaules heliocentrisko sistēmu un publicēja to grāmatā On the Revolution of the Celestial Spheres.

· Tiho Brahe(1546-1601), atstāja visprecīzākos debess ķermeņu kustības novērojumus, mēģināja apvienot Ptolemaja un Kopernika sistēmas, bet viņa modelī Saule un Mēness riņķoja ap Zemi, bet visas pārējās planētas ap Sauli.

4. attēls

· Galilejs Galilejs(1564-1642), veica pētījumus par materiālu statiku, dinamiku un mehāniku, iezīmēja svarīgākos principus un likumus, kas iezīmēja ceļu uz jaunas dinamikas radīšanu, izgudroja teleskopu un atklāja Marsa un Jupitera pavadoņus.

5. attēls

· Johanness Keplers(1571-1630), ierosināja planētu kustības likumus un lika pamatus debesu mehānikai. Planētu kustības likumu atklāšanu veica astronoma Tiho Brahe novērojumu tabulu apstrādes rezultāti.

6. attēls

Analītiskās mehānikas dibinātāji

Analītisks Mehānika radīja trīs paaudžu pārstāvju darbs, kas gandrīz seko viens otram.

Līdz 1687. gadam tika publicēts Ņūtona "Dabas filozofijas matemātikas principi". Savas nāves gadā divdesmit gadus vecais Eilers publicēja savu pirmo rakstu par matemātiskās analīzes pielietošanu mehānikā. Daudzus gadus viņš dzīvoja Sanktpēterburgā, publicēja simtiem zinātnisku rakstu un tādējādi veicināja Krievijas Zinātņu akadēmijas izveidi. Piecus gadus pēc Eilera. Lagrange publicē Analytical Dynamics 52 gadu vecumā. Paies vēl 30 gadi, un tiks izdoti trīs slavenu laikabiedru – Hamiltona, Ostrogradska un Džeikobi – analītiskās dinamikas darbi. Mehānika savu galveno attīstību guva Eiropas zinātnieku pētījumos.

· kristietis Huigenss(1629-1695), izgudroja svārsta pulksteni, svārstību izplatīšanās likumu, izstrādāja gaismas viļņu teoriju.

· Roberts Huks(1635-1703), pētīja planētu kustību teoriju, savā vēstulē Ņūtonam izteica ideju par universālās gravitācijas likumu, pētīja gaisa spiedienu, šķidruma virsmas spraigumu, atklāja elastīgo ķermeņu deformācijas likumu.

7. attēls. Roberts Huks

· Īzaks Ņūtons(1643-1727), radīja mūsdienu teorētiskās mehānikas pamatus, savā pamatdarbā "Dabas filozofijas matemātiskie principi" apkopoja savu priekšgājēju rezultātus, sniedza pamatjēdzienu definīcijas un formulēja pamatlikumus, veica pamatojumu un saņēma divu ķermeņu problēmas vispārīgs risinājums. Tulkojumu no latīņu valodas krievu valodā veica akadēmiķis A.N. Krilovs.

8. attēls

· Gotfrīds Leibnica(1646-1716), ieviesa darbaspēka jēdzienu, formulēja mazākās darbības principu, pētīja materiālu pretestības teoriju.

· Johans Bernulli(1667-1748), risināja brahistohrona problēmu, izstrādāja triecienu teoriju, pētīja ķermeņu kustību pretestības vidē.

· Leonards Eilers(1707-1783), ielicis analītiskās dinamikas pamatus grāmatā "Mehānika jeb kustības zinātne analītiskā prezentācijā", analizējis smaguma centrā fiksēta smaga stingra ķermeņa kustības gadījumu, ir dibinātājs hidrodinamiku, izstrādāja šāviņa lidojuma teoriju, ieviesa inerces spēka jēdzienu.

9. attēls

· džinsi Lerons d'Alemberts(1717-1783), saņēma vispārīgos noteikumus materiālu sistēmu kustības vienādojumu sastādīšanai, pētīja planētu kustību, noteica dinamikas pamatprincipus grāmatā "Traktāts par dinamiku".

· Jāzeps Luiss Lagranžs(1736-1813) savā darbā "Analītiskā dinamika" ierosināja iespējamo pārvietojumu principu, ieviesa vispārinātas koordinātas un piešķīra kustības vienādojumiem jaunu formu, atklāja jaunu cieta ķermeņa rotācijas kustības vienādojumu atrisināmības gadījumu.

Šo zinātnieku darbi pabeidza mūsdienu klasiskās mehānikas pamatu izbūvi, lika pamatus bezgalīgi mazo skaitļu analīzei. Tika izstrādāts mehānikas kurss, kas tika pasniegts stingri analītiskā veidā, pamatojoties uz vispārēju matemātisko principu. Šo kursu sauca par "analītisko mehāniku". Mehānikas sasniegumi bija tik lieli, ka ietekmēja tā laika filozofiju, kas izpaudās "mehānisma" radīšanā.

Mehānikas attīstību veicināja arī astronomu, matemātiķu un fiziķu interese par redzamo debess ķermeņu (Mēness, planētu un komētu) kustības noteikšanas problēmām. Kopernika, Galileja un Keplera atklājumi un darbi, d'Alemberta un Puasona Mēness kustības teorija, Laplasa piecu sējumu Debesu mehānika un citi klasiķi ļāva izveidot diezgan pilnīgu kustības teoriju gravitācijas lauks, kas ļauj pielietot analītiskās un skaitliskās metodes citu mehānikas problēmu izpētē. Mehānikas tālākā attīstība saistīta ar sava laika izcilu zinātnieku darbiem.

· Pjērs Laplass(1749-1827), pabeidza debesu mehānikas izveidi, pamatojoties uz universālās gravitācijas likumu, pierādīja Saules sistēmas stabilitāti, izstrādāja bēgumu un bēgumu teoriju, pētīja Mēness kustību un noteica zemes sferoīda saspiešanu. , pamatoja Saules sistēmas rašanās hipotēzi.

10. attēls.

· Žans Baptists Furjē(1768-1830), radīja daļējo diferenciālvienādojumu teoriju, izstrādāja doktrīnu par funkciju attēlošanu trigonometrisko rindu formā, izpētīja virtuālā darba principu.

· Čārlzs Gauss(1777-1855), izcils matemātiķis un mehāniķis, publicēja debess ķermeņu kustības teoriju, noteica planētas Cereras stāvokli, pētīja potenciālu teoriju un optiku.

· Luiss Puansots(1777-1859), ierosināja vispārīgu risinājumu ķermeņa kustības problēmai, ieviesa inerces elipsoīda jēdzienu, pētīja daudzas statikas un kinemātikas problēmas.

· Simeons Puasons(1781-1840), nodarbojās ar gravitācijas un elektrostatikas problēmu risināšanu, vispārināja elastības teoriju un kustību vienādojumu konstruēšanu, pamatojoties uz dzīvo spēku principu.

· Mihails Vasiļjevičs Ostrogradskis(1801-1862), izcils matemātiķis un mehāniķis, viņa darbi attiecas uz analītisko mehāniku, elastības teoriju, debesu mehāniku, hidromehāniku, pētīja vispārējos dinamikas vienādojumus.

· Kārlis Gustavs Jacobi(1804-1851), piedāvāja jaunus dinamikas vienādojumu risinājumus, izstrādāja vispārēju teoriju par kustību vienādojumu integrāciju, izmantoja mehānikas kanoniskos vienādojumus un daļējos diferenciālvienādojumus.

· Viljams Rovans Hamiltons(1805-1865), ienesa patvaļīgas mehāniskās sistēmas kustības vienādojumus kanoniskā formā, ieviesa kvaternionu un vektoru jēdzienu, noteica mehānikas vispārējo integrālo variācijas principu.

11. attēls.

· Hermanis Helmholcs(1821-1894), sniedza enerģijas nezūdamības likuma matemātisko interpretāciju, lika pamatus plašai mazākās iedarbības principa piemērošanai elektromagnētiskām un optiskām parādībām.

· Nikolajs Vladimirovičs Maijevskis(1823-1892), Krievijas ballistikas zinātniskās skolas dibinātājs, izveidoja lādiņa rotācijas kustības teoriju, pirmais ņēma vērā gaisa pretestību.

· Pafnutijs Ļvovičs Čebiševs(1821-1894), pētīja mašīnu un mehānismu teoriju, izveidoja tvaika dzinēju, centrbēdzes regulatoru, iešanas un airēšanas mehānismus.

12. attēls.

· Gustavs Kirhhofs(1824-1887), pētīja elastīgo ķermeņu deformācijas, kustību un līdzsvaru, strādāja pie mehānikas loģiskās uzbūves.

· Sofija Vasiļjevna Kovaļevska(1850-1891), nodarbojās ar teoriju par ķermeņa rotācijas kustību ap fiksētu punktu, atklāja trešo klasisko problēmas risināšanas gadījumu, pētīja Laplasa problēmu par Saturna gredzenu līdzsvaru.

13. attēls.

· Henrijs Hertz(1857-1894), galvenie darbi ir veltīti elektrodinamikai un vispārīgām mehānikas teorēmām, pamatojoties uz vienu principu.

Mūsdienu mehānikas attīstība

Divdesmitajā gadsimtā viņi nodarbojās un joprojām nodarbojas ar daudzu jaunu mehānikas problēmu risināšanu. Tas bija īpaši aktīvi pēc moderno skaitļošanas rīku parādīšanās. Pirmkārt, tās ir jaunas sarežģītas kontrolētas kustības, kosmosa dinamikas, robotikas, biomehānikas, kvantu mehānikas problēmas. Var atzīmēt izcilu zinātnieku, daudzu universitāšu zinātnisko skolu un pētnieku grupu darbu Krievijā.

· Nikolajs Egorovičs Žukovskis(1847-1921), aerodinamikas pamatlicējs, pētīja stingra ķermeņa kustību ar fiksētu punktu un kustības stabilitātes problēmu, atvasināja formulu spārna pacelšanas spēka noteikšanai un pētīja trieciena teoriju.

14. attēls.

· Aleksandrs Mihailovičs Ļapunovs(1857-1918), galvenie darbi ir veltīti mehānisko sistēmu līdzsvara un kustības stabilitātes teorijai, mūsdienu stabilitātes teorijas pamatlicējam.

· Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis(1857-1935), mūsdienu astronautikas, aerodinamikas un raķešu dinamikas pamatlicējs, radīja gaisa spilvena teoriju un vienpakāpes un daudzpakāpju raķešu kustības teoriju.

· Ivans Vsevolodovičs Meščerskis(1859-1935), pētīja mainīgas masas ķermeņu kustību, sastādīja mehānikas uzdevumu krājumu, kas tiek izmantots arī mūsdienās.

15. attēls.

· Aleksejs Nikolajevičs Krilovs(1863-1945), galvenie pētījumi saistīti ar konstrukciju mehāniku un kuģu būvi, kuģa nenogremdējamību un tā stabilitāti, hidromehāniku, ballistiku, debesu mehāniku, reaktīvo dzinējspēku teoriju, žiroskopu teoriju un skaitliskām metodēm, tulkots krievu valodā. daudzu zinātnes klasiķu darbi.

· Sergejs Aleksejevičs Čaplygins(1869-1942), kura galvenie darbi attiecas uz neholonomisko mehāniku, hidrodinamiku, aviācijas teoriju un aerodinamiku, sniedza pilnīgu risinājumu problēmai par gaisa plūsmas ietekmi uz plūstošu ķermeni.

· Alberts Einšteins(1879-1955), formulēja īpašo un vispārējo relativitātes teoriju, izveidoja jaunu telpas un laika attiecību sistēmu un parādīja, ka gravitācija ir telpas un laika neviendabīguma izpausme, ko rada matērijas klātbūtne.

· Aleksandrs Aleksandrovičs Frīdmens(1888-1925), izveidoja nestacionāra Visuma modeli, kur prognozēja Visuma paplašināšanās iespēju.

· Nikolajs Gurevičs Četajevs(1902-1959) pētīja mehānisko sistēmu traucēto kustību īpašības, kustību stabilitātes jautājumus, pierādīja līdzsvara nestabilitātes pamatteorēmas.

16. attēls.

· Ļevs Semenovičs Pontrjagins(1908-1988) pētīja svārstību teoriju, variāciju aprēķinus, vadības teoriju, optimālo procesu matemātiskās teorijas radītāju.

17. attēls.

Iespējams, ka pat senatnē un turpmākajos periodos bija zināšanu centri, zinātniskās skolas un tautu vai civilizāciju zinātnes un kultūras studiju jomas: arābu, ķīniešu vai indiešu Āzijā, maiju tautu Amerikā, kur parādījās sasniegumi. , bet Eiropas filozofiskās un zinātniskās skolas attīstījās īpaši, vienmēr nepievēršot uzmanību citu pētnieku atklājumiem vai teorijām. Dažādos laikos saziņai tika izmantota latīņu, vācu, franču, angļu valoda... Vajadzēja precīzus pieejamo tekstu tulkojumus un vienotu apzīmējumu formulās. Tas apgrūtināja, bet neapturēja attīstību.

Mūsdienu zinātne cenšas pētīt vienots komplekss no visa esošā, kas tik daudzveidīgi izpaužas apkārtējā pasaulē.Līdz šim ir izveidojušies daudzi zinātnes virzieni, tendences, metodes un pētniecības iespējas.Studējot klasisko mehāniku, tradicionāli kā galvenās sadaļas tiek izdalīta kinemātika, statika un dinamika. . Neatkarīga sadaļa vai zinātne veidoja debesu mehāniku kā daļu no teorētiskās astronomijas, kā arī kvantu mehāniku.

Dinamikas pamatuzdevumi sastāv no ķermeņu sistēmas kustības noteikšanas atbilstoši zināmiem aktīviem spēkiem, kas ņemti vērā, vai spēku noteikšanā saskaņā ar zināmu kustības likumu. Kontrole dinamikas problēmās pieņem, ka pastāv iespēja mainīt kustības procesa īstenošanas nosacījumus atbilstoši mūsu pašu izvēlētiem parametriem vai funkcijām, kas nosaka procesu vai ir iekļautas kustības vienādojumos, saskaņā ar noteiktās prasības, vēlmes vai kritēriji.

Analītiskā, teorētiskā, klasiskā, lietišķā,

Racionāls, pārvaldīts, debesu, kvantu…

Tas viss ir Mehānika dažādās prezentācijās!

Bibliogrāfija:

1. Aleškovs Yu.Z. Lielisks darbs lietišķajā matemātikā. SPb.: Red. Sanktpēterburgas Valsts universitāte, 2004. - 309 lpp.
2. Bogomolovs A.N. Mehānikas matemātika. Biogrāfiskais ceļvedis. Kijeva: Ed. Naukova Dumka, 1983. - 639 lpp.
3. Vavilovs S.I. Īzaks Ņūtons. 4. izdevums, pievienot. M.: Nauka, 1989. - 271 lpp.
4. Krilovs A.N. Īzaks Ņūtons: Dabas filozofijas matemātiskie principi. Ģenerālleitnanta A.N tulkojums no latīņu valodas ar flotes piezīmēm un skaidrojumiem. Krilovs. // Nikolajeva Jūras akadēmijas darbi (4. izdevums), Petrograda. 1. grāmata 1915. 276 lpp., 2. grāmata 1916. (5. izdevums). 344 lpp. vai grāmatā: A.N. Krilovs. Darbu kolekcija. M.-L. PSRS Zinātņu akadēmijas izdevniecība. T. 7. 1936. 696 lpp. vai Zinātnes klasikas sērijā: I. Ņūtons. Dabasfilozofijas matemātiskie principi. Tulkojums no lat. un komentāri A.N. Krilovs. M.: Zinātne. 1989. - 687 lpp.
5. Krievu zinātnes cilvēki // Esejas par izciliem dabaszinātņu un tehnoloģiju skaitļiem. (Matemātika. Mehānika. Astronomija. Fizika. Ķīmija). Rakstu krājums, red. I.V. Kuzņecova. M.: Fizmatlit, 1961. 600 lpp.
6. Novoselovs V.S., Koroļovs V.S. Vadāmās sistēmas analītiskā mehānika. SPb.: Red. Sanktpēterburgas Valsts universitāte, 2005. 298 lpp.
7. Novoselovs V.S. Kvantu mehānika un statistiskā fizika. SPb.: Red. VVM, 2012. 182 lpp.
8. Poļahova E.N. Klasiskā debess mehānika Pēterburgas matemātikas un mehānikas skolas darbos 19. gs. SPb.: Red. Nestor-Vēsture, 2012. 140 lpp.
9. Poļahova E.N., Koroļovs V.S., Khoļševņikovs K.V. Zinātnes klasiķu darbu tulkojumi, ko veica akadēmiķis A.N. Krilovs. "Dabas un matemātikas zinātnes mūsdienu pasaulē" Nr.2(26). Novosibirska: Red. SibAK, 2015. S. 108-128.
10. Poincare A. Par zinātni. Per. no fr. ed. L.S. Pontrjagins. M.: Nauka, 1990. 736 lpp.
11. Tyulina I.A., Chinenova V.N. Mehānikas vēsture caur ideju, principu un hipotēžu attīstības prizmu. M.: URSS (Librocom), 2012. 252 lpp.

1. definīcija

Klasiskā mehānika ir fizikas apakšnodaļa, kas pēta fizisko ķermeņu kustību, pamatojoties uz Ņūtona likumiem.

Klasiskās mehānikas pamatjēdzieni ir:

• masa - tiek definēts kā galvenais inerces mērs vai vielas spēja saglabāt miera stāvokli, ja uz to nav pakļauti ārējie faktori;
• spēks - iedarbojas uz ķermeni un maina tā kustības stāvokli, izraisot paātrinājumu;
• iekšējā enerģija - nosaka pētāmā elementa pašreizējo stāvokli.

Citi vienlīdz svarīgi šīs fizikas sadaļas jēdzieni ir: temperatūra, impulss, leņķiskais impulss un vielas tilpums. Mehāniskās sistēmas enerģiju galvenokārt veido tās kustības kinētiskā enerģija un potenciālais spēks, kas ir atkarīgs no elementu stāvokļa, kas darbojas konkrētajā sistēmā. Attiecībā uz šiem fiziskajiem lielumiem darbojas klasiskās mehānikas saglabāšanas pamatlikumi.

Klasiskās mehānikas pamatlicēji

1. piezīme

Klasiskās mehānikas pamatus veiksmīgi ielika domātājs Galilejs, kā arī Keplers un Koperniks, aplūkojot debess ķermeņu straujās kustības modeļus.

1. attēls. Klasiskās mehānikas principi. Autors24 - studentu darbu tiešsaistes apmaiņa

Interesanti, ka ilgu laiku fizika un mehānika tika pētīta astronomisko notikumu kontekstā. Savos zinātniskajos darbos Koperniks apgalvoja, ka pareizu debess ķermeņu mijiedarbības modeļu aprēķinu var vienkāršot, ja atkāpjamies no esošajiem principiem, kurus iepriekš noteica Aristotelis, un uzskatām to par sākumpunktu pārejai no ģeocentriskā uz heliocentriskā koncepcija.

Zinātnieka idejas tālāk formalizēja viņa kolēģis Keplers trīs materiālo ķermeņu kustības likumos. Jo īpaši otrais likums noteica, ka absolūti visas Saules sistēmas planētas veic vienmērīgu kustību eliptiskās orbītās, galveno uzmanību pievēršot Saulei.

Nākamo nozīmīgo ieguldījumu klasiskās mehānikas attīstībā sniedza izgudrotājs Galilejs, kurš, pētot debess ķermeņu mehāniskās kustības fundamentālos postulātus, jo īpaši gravitācijas spēku ietekmē, iepazīstināja sabiedrību ar pieciem universāliem likumiem. vielu fiziskā kustība uzreiz.

Tomēr laikabiedri galvenā klasiskās mehānikas pamatlicēja laurus piedēvē Īzakam Ņūtonam, kurš savā slavenajā zinātniskajā darbā “Dabas filozofijas matemātiskā izteiksme” aprakstīja to definīciju sintēzi kustības fizikā, kuras iepriekš izklāstīja viņa priekšgājēji.

2. attēls. Klasiskās mehānikas variācijas principi. Autors24 - studentu darbu tiešsaistes apmaiņa

Ņūtons skaidri formulēja trīs kustības pamatlikumus, kas tika nosaukti viņa vārdā, kā arī universālās gravitācijas teoriju, kas novilka svītru Galileja pētījumiem un izskaidroja ķermeņu brīvās krišanas fenomenu. Tādējādi tika izveidots jauns, labāks pasaules attēls.

Klasiskās mehānikas pamatprincipi un variācijas principi

Klasiskā mehānika sniedz pētniekiem precīzus rezultātus sistēmām, kuras bieži sastopamas ikdienas dzīvē. Bet tie galu galā kļūst nepareizi citiem jēdzieniem, kuru ātrums ir gandrīz vienāds ar gaismas ātrumu. Tad ir nepieciešams eksperimentos izmantot relativistiskās un kvantu mehānikas likumus. Sistēmām, kas apvieno vairākas īpašības vienlaikus, klasiskās mehānikas vietā tiek izmantota kvantu lauka teorija. Koncepcijām ar daudzām sastāvdaļām jeb brīvības līmeņiem fizikas studiju virziens ir adekvāts arī, izmantojot statistiskās mehānikas metodes.

Mūsdienās izšķir šādus galvenos klasiskās mehānikas principus:

1. Nemainības princips attiecībā uz telpiskām un laika nobīdēm (rotācijas, nobīdes, simetrijas): telpa vienmēr ir viendabīga, un jebkādu procesu norisi slēgtā sistēmā neietekmē tās sākotnējās atrašanās vietas un orientācija attiecībā pret materiālo atskaites ķermeni.
2. Relativitātes princips: fizisko procesu plūsmu izolētā sistēmā neietekmē tās taisnvirziena kustība attiecībā pret pašu atskaites jēdzienu; likumi, kas apraksta šādas parādības, dažādās fizikas nozarēs ir vienādi; paši procesi būs vienādi, ja sākotnējie nosacījumi būtu identiski.

2. definīcija

Variācijas principi ir analītiskās mehānikas sākotnējie, pamatnoteikumi, kas matemātiski izteikti unikālu variāciju attiecību veidā, no kurām kā loģiskas sekas izriet diferenciālas kustības formulas, kā arī visa veida klasiskās mehānikas noteikumi un likumi.

Vairumā gadījumu galvenā pazīme, pēc kuras reālo kustību var atšķirt no aplūkotās kinemātisko kustību klases, ir stacionaritātes nosacījums, kas nodrošina turpmākā apraksta nemainīgumu.

4. attēls. Tāla darbības darbības princips. Autors24 - studentu darbu tiešsaistes apmaiņa

Pirmais no klasiskās mehānikas variācijas likumiem ir iespējamo jeb virtuālo pārvietojumu princips, kas ļauj atrast pareizās līdzsvara pozīcijas materiālo punktu sistēmai. Tāpēc šis modelis palīdz atrisināt sarežģītas statikas problēmas.

Nākamo principu sauc par mazāko ierobežojumu. Šis postulāts paredz noteiktu materiālu punktu sistēmas kustību, kas ir tieši savstarpēji saistītas haotiskā veidā un pakļautas jebkādai vides ietekmei.

Vēl viens nozīmīgs variants klasiskajā mehānikā ir taisnākā ceļa princips, kur jebkura brīvā sistēma atrodas miera stāvoklī vai vienmērīgi kustas pa noteiktām līnijām salīdzinājumā ar citiem lokiem, ko pieļauj attiecības un kam ir kopīgs sākumpunkts un pieskares koncepcijā.

Darbības princips klasiskajā mehānikā

Ņūtona mehāniskās kustības vienādojumus var formulēt dažādos veidos. Viens ir caur Lagranža formālismu, ko sauc arī par Lagranža mehāniku. Lai gan šis princips ir diezgan līdzvērtīgs Ņūtona likumiem klasiskajā fizikā, tomēr darbības interpretācija ir labāk piemērota visu jēdzienu vispārinājumiem un tai ir svarīga loma mūsdienu zinātnē. Patiešām, šis princips ir sarežģīts vispārinājums fizikā.

Jo īpaši tas ir pilnībā saprotams kvantu mehānikas ietvaros. Ričarda Feinmena kvantu mehānikas interpretācija, izmantojot ceļa integrāļus, balstās uz pastāvīgas mijiedarbības principu.

Daudzas problēmas fizikā var atrisināt, pielietojot darbības principu, kas spēj atrast ātrāko un vienkāršāko problēmu risināšanas veidu.

Piemēram, gaisma var atrast izeju caur optisko sistēmu, un materiāla ķermeņa trajektoriju gravitācijas laukā var noteikt, izmantojot to pašu darbības principu.

Simetrijas jebkurā situācijā var labāk izprast, piemērojot šo jēdzienu kopā ar Eilera-Lagranža vienādojumiem. Klasiskajā mehānikā pareizu turpmākās darbības izvēli var eksperimentāli pierādīt no Ņūtona kustības likumiem. Un, gluži pretēji, no darbības principa Ņūtona vienādojumi tiek īstenoti praksē ar kompetentu darbības izvēli.

Tādējādi klasiskajā mehānikā darbības princips tiek uzskatīts par ideāli līdzvērtīgu Ņūtona kustības vienādojumiem. Šīs metodes pielietošana ievērojami vienkāršo vienādojumu atrisināšanu fizikā, jo tā ir skalāra teorija ar pielietojumiem un atvasinājumiem, kas izmanto elementārus aprēķinus.