Mechanika klasyczna. Kształtowanie wiedzy uczniów na temat budowy teorii fizycznej Podstawowe zasady mechaniki klasycznej

Zobacz też: Portal:Fizyka

Mechanika klasyczna- rodzaj mechaniki (dział fizyki zajmujący się badaniem praw zmian położenia ciał w przestrzeni w czasie oraz przyczyn, które je powodują), oparty na prawach Newtona i zasadzie względności Galileusza. Dlatego często nazywa się to Mechanika Newtona».

Mechanika klasyczna dzieli się na:

statyka (która uwzględnia równowagę ciał)
kinematyka (która bada geometryczną właściwość ruchu bez uwzględniania jego przyczyn)
dynamika (która uwzględnia ruch ciał).

Istnieje kilka równoważnych sposobów formalnego matematycznego opisu mechaniki klasycznej:

Formalizm Lagrange'a
formalizm hamiltonowski

Mechanika klasyczna daje bardzo dokładne wyniki, jeśli jej zastosowanie ogranicza się do ciał, których prędkości są znacznie mniejsze niż prędkość światła i których wymiary są znacznie większe niż rozmiary atomów i cząsteczek. Uogólnieniem mechaniki klasycznej na ciała poruszające się z dowolną prędkością jest mechanika relatywistyczna, a na ciała o wymiarach porównywalnych z atomowymi - mechanika kwantowa. Kwantowa teoria pola uwzględnia efekty relatywistyczne.

Mimo to mechanika klasyczna zachowuje swoją wartość, ponieważ:

jest znacznie łatwiejszy do zrozumienia i wykorzystania niż inne teorie
w szerokim zakresie dość dobrze opisuje rzeczywistość.

Mechanika klasyczna może być wykorzystana do opisania ruchu obiektów, takich jak bąki i piłki do baseballu, wielu obiektów astronomicznych (takich jak planety i galaktyki), a czasami nawet wielu obiektów mikroskopowych, takich jak cząsteczki.

Mechanika klasyczna jest teorią wewnętrznie spójną, to znaczy w jej ramach nie ma sprzecznych ze sobą stwierdzeń. Jednak jego połączenie z innymi klasycznymi teoriami, takimi jak klasyczna elektrodynamika i termodynamika, prowadzi do nierozwiązywalnych sprzeczności. W szczególności klasyczna elektrodynamika przewiduje, że prędkość światła jest stała dla wszystkich obserwatorów, co jest niezgodne z mechaniką klasyczną. Na początku XX wieku doprowadziło to do konieczności stworzenia specjalnej teorii względności. W połączeniu z termodynamiką, mechanika klasyczna prowadzi do paradoksu Gibbsa, w którym nie można dokładnie określić wielkości entropii, oraz do katastrofy ultrafioletowej, w której ciało doskonale czarne musi promieniować nieskończoną ilością energii. Próby rozwiązania tych problemów doprowadziły do powstania i rozwoju mechaniki kwantowej.

Podstawowe koncepcje

Mechanika klasyczna operuje kilkoma podstawowymi koncepcjami i modelami. Wśród nich należy wyróżnić:

Ustawy podstawowe

Zasada względności Galileusza

Podstawową zasadą, na której opiera się mechanika klasyczna, jest zasada względności, sformułowana na podstawie obserwacji empirycznych przez G. Galileo. Zgodnie z tą zasadą istnieje nieskończenie wiele układów odniesienia, w których ciało swobodne znajduje się w spoczynku lub porusza się ze stałą prędkością w wartości i kierunku bezwzględnym. Te układy odniesienia nazywane są inercjami i poruszają się względem siebie jednostajnie i prostoliniowo. We wszystkich inercjalnych układach odniesienia właściwości przestrzeni i czasu są takie same, a wszystkie procesy w układach mechanicznych podlegają tym samym prawom. Zasadę tę można również sformułować jako brak absolutnych systemów odniesienia, czyli systemów odniesienia, które są w jakiś sposób wyróżniane względem innych.

Prawa Newtona

Podstawą mechaniki klasycznej są trzy prawa Newtona.

Drugie prawo Newtona nie wystarcza do opisania ruchu cząstki. Dodatkowo wymagany jest opis siły, uzyskany z rozważenia istoty fizycznego oddziaływania, w którym uczestniczy ciało.

Prawo zachowania energii

Prawo zachowania energii jest konsekwencją praw Newtona dla zamkniętych układów zachowawczych, czyli układów, w których działają tylko siły zachowawcze. Z bardziej fundamentalnego punktu widzenia istnieje związek między prawem zachowania energii a jednorodnością czasu, wyrażoną przez twierdzenie Noether.

Poza stosowalnością praw Newtona

Mechanika klasyczna zawiera również opisy złożonych ruchów rozszerzonych obiektów niepunktowych. Prawa Eulera stanowią rozszerzenie praw Newtona na ten obszar. Pojęcie momentu pędu opiera się na tych samych metodach matematycznych, które są używane do opisu ruchu jednowymiarowego.

Równania ruchu rakiety rozszerzają pojęcie prędkości, gdy pęd obiektu zmienia się w czasie, aby uwzględnić takie efekty, jak utrata masy. Istnieją dwa ważne alternatywne sformułowania mechaniki klasycznej: mechanika Lagrange'a i mechanika hamiltonowska. Te i inne nowoczesne sformułowania mają tendencję do pomijania pojęcia „siły” i podkreślania innych wielkości fizycznych, takich jak energia lub działanie, w celu opisania systemów mechanicznych.

Powyższe wyrażenia na pęd i energię kinetyczną są ważne tylko w przypadku braku znaczącego wkładu elektromagnetycznego. W elektromagnetyzmie drugie prawo Newtona dla prądu przewodzącego przewód jest naruszone, jeśli nie uwzględnia udziału pola elektromagnetycznego w pędzie układu wyrażonego w postaci wektora Poyntinga podzielonego przez C 2 , gdzie C to prędkość światła w wolnej przestrzeni.

Historia

czasy starożytne

Mechanika klasyczna powstała w starożytności głównie w związku z problemami, które pojawiły się podczas budowy. Pierwszym działem mechaniki, który miał zostać opracowany, była statyka, której podwaliny położono w pracach Archimedesa w III wieku p.n.e. mi. Sformułował zasadę dźwigni, twierdzenie o dodawaniu sił równoległych, wprowadził pojęcie środka ciężkości, położył podwaliny hydrostatyki (siły Archimedesa).

Średniowiecze

nowy czas

XVII wiek

18 wiek

19 wiek

W XIX w. rozwój mechaniki analitycznej następuje w pracach Ostrogradskiego, Hamiltona, Jacobiego, Hertza i innych W teorii drgań Routh, Żukowski i Lapunow rozwinęli teorię stabilności układów mechanicznych. Coriolis rozwinął teorię ruchu względnego, dowodząc twierdzenia o przyspieszeniu. W drugiej połowie XIX wieku kinematyka została wydzielona do odrębnego działu mechaniki.

Szczególnie znaczące w XIX wieku były postępy w mechanice kontinuum. Navier i Cauchy sformułowali równania teorii sprężystości w postaci ogólnej. W pracach Naviera i Stokesa uzyskano równania różniczkowe hydrodynamiki uwzględniające lepkość cieczy. Wraz z tym następuje pogłębienie wiedzy z zakresu hydrodynamiki płynu idealnego: pojawiają się prace Helmholtza o wirach, Kirchhoffa, Zhukovsky'ego i Reynoldsa o turbulencji oraz Prandtla o efektach brzegowych. Saint-Venant opracował model matematyczny opisujący właściwości plastyczne metali.

Najnowszy czas

W XX wieku zainteresowanie badaczy przeniosło się na efekty nieliniowe w dziedzinie mechaniki klasycznej. Lapunow i Henri Poincaré położyli podwaliny pod teorię oscylacji nieliniowych. Meshchersky i Tsiolkovsky analizowali dynamikę ciał o zmiennej masie. Aerodynamika wyróżnia się na tle mechaniki kontinuum, której fundamenty opracował Żukowski. W połowie XX wieku aktywnie rozwija się nowy kierunek w mechanice klasycznej - teoria chaosu. Istotne pozostają również kwestie stabilności złożonych układów dynamicznych.

Ograniczenia mechaniki klasycznej

Mechanika klasyczna daje dokładne wyniki dla systemów, z którymi spotykamy się w życiu codziennym. Jednak jej przewidywania stają się błędne w przypadku systemów zbliżających się do prędkości światła, gdzie zostaje ona zastąpiona mechaniką relatywistyczną, lub w przypadku bardzo małych systemów, w których obowiązują prawa mechaniki kwantowej. W przypadku układów, które łączą obie te właściwości, zamiast mechaniki klasycznej stosuje się relatywistyczną kwantową teorię pola. W przypadku układów o bardzo dużej liczbie elementów lub stopni swobody mechanika klasyczna również nie może być adekwatna, ale stosuje się metody mechaniki statystycznej.

Mechanika klasyczna jest szeroko stosowana, ponieważ po pierwsze jest znacznie prostsza i łatwiejsza do zastosowania niż teorie wymienione powyżej, a po drugie ma duże możliwości aproksymacji i zastosowania do bardzo szerokiej klasy obiektów fizycznych, zaczynając od zwykłych, takich jako bączek lub kula, do dużych obiektów astronomicznych (planety, galaktyki) i bardzo mikroskopijnych (cząsteczki organiczne).

Chociaż mechanika klasyczna jest ogólnie zgodna z innymi „klasycznymi” teoriami, takimi jak klasyczna elektrodynamika i termodynamika, istnieją pewne niespójności między tymi teoriami, które stwierdzono pod koniec XIX wieku. Można je rozwiązać metodami bardziej współczesnej fizyki. W szczególności równania elektrodynamiki klasycznej nie są niezmienne w transformacjach Galileusza. Prędkość światła wchodzi do nich jako stała, co oznacza, że klasyczna elektrodynamika i mechanika klasyczna mogą być kompatybilne tylko w jednym wybranym układzie odniesienia związanym z eterem. Jednak weryfikacja eksperymentalna nie ujawniła istnienia eteru, co doprowadziło do powstania szczególnej teorii względności, w której zmodyfikowano równania mechaniki. Zasady mechaniki klasycznej są również niezgodne z niektórymi twierdzeniami klasycznej termodynamiki, co prowadzi do paradoksu Gibbsa, zgodnie z którym niemożliwe jest dokładne określenie entropii, oraz do katastrofy w ultrafiolecie, w której ciało doskonale czarne musi promieniować nieskończoną ilość energii. Aby przezwyciężyć te niezgodności, stworzono mechanikę kwantową.

Uwagi

Łącza internetowe

Wykład wideo 1. Fizyka: Mechanika klasyczna (jesień 1999)// Wykłady MIT: 8.01

Literatura

Arnold VI Avets A. Ergodyczne problemy mechaniki klasycznej - RHD, 1999. - 284 s.
B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf. Fizyka dla uczniów szkół średnich i studentów. - M .: Akademia, 2008. - 720 s. - (Wyższa edukacja). - 34 000 egzemplarzy. - ISBN 5-7695-1040-4
Sivukhin D.V. Ogólny kurs fizyki. - V edycja, stereotypowa. - M .: Fizmatlit, 2006. - T. I. Mechanika. - 560 pkt. - ISBN 5-9221-0715-1
A. N. MATVEEV Mechanika i teoria względności. - 3. ed. - M .: ONYX XXI wiek: Świat i edukacja, 2003. - 432 s. - 5000 egzemplarzy. - ISBN 5-329-00742-9
C. Kittel, W. Knight, M. Ruderman Mechanika. Kurs fizyki w Berkeley. - M .: Lan, 2005. - 480 s. - (Podręczniki dla uczelni). - 2000 egzemplarzy. - ISBN 5-8114-0644-4

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Mechanika klasyczna- rodzaj mechaniki (dział fizyki, który bada prawa zmian położenia ciał w przestrzeni w czasie oraz przyczyny, które je powodują), oparty na prawach Newtona i zasadzie względności Galileusza. Dlatego często nazywa się to Mechanika Newtona».

Mechanika klasyczna dzieli się na:

statyka (która uwzględnia równowagę ciał)

kinematyka (która bada geometryczną właściwość ruchu bez uwzględniania jego przyczyn)

dynamika (która uwzględnia ruch ciał).

Mechanika klasyczna daje bardzo dokładne wyniki, jeśli jej zastosowanie ogranicza się do ciał, których prędkości są znacznie mniejsze niż prędkość światła i których wymiary są znacznie większe niż wymiary atomów i cząsteczek. Mechanika relatywistyczna jest uogólnieniem mechaniki klasycznej dla ciał poruszających się z dowolną prędkością, a mechaniki kwantowej dla ciał, których wymiary są porównywalne z wymiarami atomowymi.Kwantowa teoria pola uwzględnia efekty relatywistyczne.

Mimo to mechanika klasyczna zachowuje swoją wartość, ponieważ:

jest znacznie łatwiejszy do zrozumienia i wykorzystania niż inne teorie

w szerokim zakresie dość dobrze opisuje rzeczywistość.

Mechanika klasyczna jest teorią wewnętrznie spójną, to znaczy w jej ramach nie ma sprzecznych ze sobą stwierdzeń. Jednak jego połączenie z innymi klasycznymi teoriami, takimi jak klasyczna elektrodynamika i termodynamika, prowadzi do nierozwiązywalnych sprzeczności. W szczególności klasyczna elektrodynamika przewiduje, że prędkość światła jest stała dla wszystkich obserwatorów, co jest niezgodne z mechaniką klasyczną. Na początku XX wieku doprowadziło to do konieczności stworzenia specjalnej teorii względności. W połączeniu z termodynamiką mechanika klasyczna prowadzi do paradoksu Gibbsa, w którym nie można dokładnie określić wielkości entropii, oraz do katastrofy ultrafioletowej, w której całkowicie czarne ciało musi promieniować nieskończoną ilością energii. Próby rozwiązania tych problemów doprowadziły do powstania i rozwoju mechaniki kwantowej.

10 biletów MECHANICZNY OBRAZ ŚWIATA TERMODYNAMIKA

Termodynamika(Grecki θέρμη - „ciepło”, δύναμις - „siła”) - gałąź fizyki zajmująca się badaniem związków i przemian ciepła i innych form energii. Termodynamika chemiczna, zajmująca się badaniem przemian fizycznych i chemicznych związanych z uwalnianiem lub pochłanianiem ciepła, a także inżynieria cieplna, pojawiły się jako odrębne dyscypliny.

W termodynamice nie mamy do czynienia z pojedynczymi cząsteczkami, ale z ciałami makroskopowymi składającymi się z ogromnej liczby cząstek. Ciała te nazywane są układami termodynamicznymi. W termodynamice zjawiska termiczne opisywane są wielkościami makroskopowymi – ciśnienie, temperatura, objętość,…, które nie mają zastosowania do poszczególnych cząsteczek i atomów.

W fizyce teoretycznej obok termodynamiki fenomenologicznej badającej fenomenologię procesów cieplnych wyróżnia się termodynamikę statystyczną, która powstała dla mechanicznego uzasadnienia termodynamiki i była jednym z pierwszych działów fizyki statystycznej.

Termodynamikę można zastosować w wielu dziedzinach nauki i technologii, takich jak silniki, przemiany fazowe, reakcje chemiczne, zjawiska transportu, a nawet czarne dziury. Termodynamika jest ważna w innych dziedzinach fizyki i chemii, inżynierii chemicznej, inżynierii lotniczej, inżynierii mechanicznej, biologii komórki, inżynierii biomedycznej, materiałoznawstwa i jest przydatna w innych dziedzinach, takich jak ekonomia [

11 biletów ELEKTRODYNAMIKA

Elektrodynamika- część fizyki, która zajmuje się badaniem pola elektromagnetycznego w najbardziej ogólnym przypadku (tj. Uwzględnia się pola zmienne zależne od czasu) i jego oddziaływanie z ciałami, które mają ładunek elektryczny (oddziaływanie elektromagnetyczne). Przedmiot elektrodynamiki obejmuje relacje między zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi, promieniowanie elektromagnetyczne (w różnych warunkach, zarówno swobodnych, jak i w różnych przypadkach oddziaływania z materią), prąd elektryczny (ogólnie mówiąc przemienny) oraz jego oddziaływanie z polem elektromagnetycznym (prąd elektryczny można w tym kontekście uznać za zbiór poruszających się naładowanych cząstek). Wszelkie interakcje elektryczne i magnetyczne między naładowanymi ciałami są uważane we współczesnej fizyce za zachodzące w polu elektromagnetycznym, a zatem są również przedmiotem elektrodynamiki.

Najczęściej pod terminem elektrodynamika domyślnie klasyczny elektrodynamika, która opisuje tylko ciągłe właściwości pola elektromagnetycznego za pomocą układu równań Maxwella; do oznaczenia współczesnej kwantowej teorii pola elektromagnetycznego i jego oddziaływania z naładowanymi cząstkami zwykle używa się terminu stabilnego elektrodynamika kwantowa.

12 biletów KONCEPCJA SYMETRII W NAUCE PRZYRODNICZEJ

Twierdzenie Emmy Noether twierdzi, że każda ciągła symetria systemu fizycznego odpowiada pewnemu prawu zachowania. Zatem prawo zachowania energii odpowiada jednorodności czasu, prawo zachowania pędu jednorodności przestrzeni, prawo zachowania momentu pędu izotropii przestrzeni, prawo zachowania ładunku elektrycznego symetrii miernika itp.

Twierdzenie to jest zwykle formułowane dla układów z funkcjonałem czynnościowym i wyraża niezmienność lagrangianu względem pewnej ciągłej grupy przekształceń.

Twierdzenie to zostało ustalone w pracach naukowców z getyńskiej szkoły D. Gilbert, F. KleinaiE. Nic. Najpopularniejsza formuła została udowodniona przez Emmy Noether w 1918 roku.

Typy symetrii występujące w matematyce i naukach przyrodniczych:

symetria dwustronna - symetria względem odbicia lustrzanego. (Symetria dwustronna)

symetria n-tego rzędu - symetria względem obrotów o kąt 360°/n wokół dowolnej osi. Opisany przez grupę Z n .

symetria osiowa (symetria promieniowa, symetria promieniowa) - symetria względem obrotów o dowolny kąt wokół osi. Opisany przez grupę SO(2).

symetria sferyczna - symetria względem obrotów w przestrzeni trójwymiarowej pod dowolnymi kątami. Opisany przez grupę SO(3). Lokalna symetria sferyczna przestrzeni lub ośrodka nazywana jest również izotropią.

symetria obrotowa jest uogólnieniem dwóch poprzednich symetrii.

symetria translacyjna - symetria względem przesunięć przestrzeni w dowolnym kierunku o określoną odległość.

Niezmienniczość Lorentza - symetria względem dowolnych obrotów w czasoprzestrzeni Minkowskiego.

Niezmienność cechowania to niezależność typu równań teorii cechowania w kwantowej teorii pola (w szczególności teorii Yanga-Millsa) w ramach transformacji cechowania.

supersymetria - symetria teorii w odniesieniu do zastępowania bozonów przez fermiony.

wyższa symetria - symetria w analizie grupowej.

Kainosymetria to zjawisko konfiguracji elektronowej (termin wprowadził S. A. Szczukarev, który ją odkrył), określający okresowość wtórną (odkrytą przez E. V. Birona).

13 punktów sprzedaży biletów

Szczególna teoria względności(STO; Również prywatna teoria względności) to teoria, która opisuje ruch, prawa mechaniki, relacje czasoprzestrzenne przy dowolnych prędkościach ruchu, które są mniejsze niż prędkość światła w próżni, w tym zbliżone do prędkości światła. W ramach szczególnej teorii względności mechanika klasyczna Newtona jest przybliżeniem małych prędkości. Uogólnienie SRT dla pól grawitacyjnych nazywa się ogólną teorią względności.

Odchylenia w przebiegu procesów fizycznych od przewidywań mechaniki klasycznej opisanej szczególną teorią względności nazywa się efekty relatywistyczne, a tempo, w jakim takie efekty stają się znaczące, są prędkości relatywistyczne.

14 OTO bilet

Ogólna teoria względności(ogólna teoria względności; to. allgemeine Relativitätstheorie) to geometryczna teoria grawitacji, która rozwija specjalną teorię względności (SRT), opublikowaną przez Alberta Einsteina w latach 1915-1916. W ramach ogólnej teorii względności, podobnie jak w innych teoriach metrycznych, postuluje się, że efekty grawitacyjne wynikają z niesiłowego oddziaływania ciał i pól znajdujących się w czasoprzestrzeni, ale z deformacji samej czasoprzestrzeni, co wiąże się w szczególności z obecnością energii mas. Ogólna teoria względności różni się od innych metrycznych teorii grawitacji, używając równań Einsteina do powiązania krzywizny czasoprzestrzeni z materią w niej obecną.

Ogólna teoria względności jest obecnie najbardziej udaną teorią grawitacji, dobrze popartą obserwacjami. Pierwszym sukcesem ogólnej teorii względności było wyjaśnienie anomalnej precesji peryhelium Merkurego. Następnie, w 1919 roku, Arthur Eddington doniósł, że zaobserwował ugięcie światła w pobliżu Słońca w czasie całkowitego zaćmienia, co jakościowo i ilościowo potwierdziło przewidywania ogólnej teorii względności. Od tego czasu wiele innych obserwacji i eksperymentów potwierdziło znaczną liczbę przewidywań teorii, w tym grawitacyjną dylatację czasu, grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni, opóźnienie sygnału w polu grawitacyjnym i, jak dotąd, tylko pośrednio, promieniowanie grawitacyjne. Ponadto liczne obserwacje są interpretowane jako potwierdzenie jednej z najbardziej tajemniczych i egzotycznych przepowiedni ogólnej teorii względności - istnienia czarnych dziur.

Pomimo oszałamiającego sukcesu ogólnej teorii względności, w środowisku naukowym odczuwalny jest dyskomfort związany po pierwsze z tym, że nie można jej przeformułować jako klasycznej granicy teorii kwantowej, a po drugie z faktem, że sama teoria wskazuje ograniczenia jego stosowalności, ponieważ przewiduje pojawienie się nieusuwalnych fizycznych rozbieżności przy rozważaniu czarnych dziur i ogólnie osobliwości czasoprzestrzennych. Aby rozwiązać te problemy, zaproponowano szereg alternatywnych teorii, z których niektóre są również kwantowe. Obecne dowody eksperymentalne wskazują jednak, że wszelkie odchylenia od ogólnej teorii względności powinny być bardzo małe, jeśli w ogóle istnieją.

15 biletów ROZSZERZENIE PRAWA WSZECHŚWIATA.HUBBLE

Ekspansja wszechświata- zjawisko polegające na niemal jednorodnej i izotropowej ekspansji przestrzeni kosmicznej w skali całego Wszechświata. Eksperymentalnie obserwuje się ekspansję Wszechświata w postaci implementacji prawa Hubble'a. Nauka uważa tak zwany Wielki Wybuch za początek ekspansji Wszechświata. Teoretycznie zjawisko to przewidział i uzasadnił A. Friedman na wczesnym etapie rozwoju ogólnej teorii względności z ogólnych rozważań filozoficznych o jednorodności i izotropii Wszechświata.

Prawo Hubble'a(prawo ogólnej recesji galaktyk) jest prawem empirycznym, które wiąże przesunięcie ku czerwieni galaktyki z odległością do nich w sposób liniowy:

gdzie z- przesunięcie ku czerwieni galaktyki D- odległość do niego h 0 jest współczynnikiem proporcjonalności, zwanym stałą Hubble'a. Z małą wartością z obowiązuje przybliżona równość cz=V r, gdzie V r to prędkość galaktyki wzdłuż linii wzroku obserwatora, C- prędkość światła. W tym przypadku prawo przyjmuje postać klasyczną:

Wiek ten jest charakterystycznym czasem rozszerzania się Wszechświata w danym momencie i, do współczynnika 2, odpowiada wiekowi Wszechświata obliczonego przy użyciu standardowego modelu kosmologicznego Friedmana.

16 bilet WZÓR FRIEDMANA SZCZEGÓLNOŚĆ

Wszechświat Friedmana(Metryka Friedmana-Lemaitre-Robertsona-Walkera) jest jednym z modeli kosmologicznych spełniających równania pola ogólnej teorii względności, pierwszego z niestacjonarnych modeli Wszechświata. Otrzymany przez Aleksandra Fridmana w 1922 roku. Model Friedmana opisuje jednorodną izotropowość niestacjonarny Wszechświat z materią o stałej krzywiźnie dodatniej, zerowej lub ujemnej. Ta praca naukowca stała się głównym teoretycznym rozwojem ogólnej teorii względności po pracy Einsteina w latach 1915-1917.

osobliwość grawitacyjna- rejon czasoprzestrzeni, przez który nie da się kontynuować linii geodezyjnej. Często w nim krzywizna kontinuum czasoprzestrzeni zwraca się do nieskończoności lub metryka ma inne patologiczne właściwości, które nie pozwalają na fizyczną interpretację (np. kosmologiczna osobliwość- stan Wszechświata w początkowym momencie Wielkiego Wybuchu, charakteryzujący się nieskończoną gęstością i temperaturą materii);

17 bilet TEORIA WIELKIEGO WYBUCHU PROMIENIOWANIE RELIKTÓW

Promieniowanie reliktowe(lub kosmiczne promieniowanie mikrofalowe tła z angielskiego kosmiczne promieniowanie mikrofalowe tła) - kosmiczne promieniowanie elektromagnetyczne o wysokim stopniu izotropii i widmie charakterystycznym dla absolutnie czarnego ciała o temperaturze 2,725 K.

Istnienie KMPT przewidywano teoretycznie w ramach teorii Wielkiego Wybuchu. Chociaż wiele aspektów oryginalnej teorii Wielkiego Wybuchu zostało teraz zrewidowanych, podstawy, które umożliwiły przewidywanie temperatury CMB, nie uległy zmianie. Uważa się, że promieniowanie reliktowe zostało zachowane z początkowych etapów istnienia Wszechświata i równomiernie go wypełnia. Jego istnienie zostało eksperymentalnie potwierdzone w 1965 roku. Wraz z kosmologicznym przesunięciem ku czerwieni, kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła jest uważane za jedno z głównych potwierdzeń teorii Wielkiego Wybuchu.

Wielki Wybuch(Język angielski) wielki wybuch) jest modelem kosmologicznym opisującym wczesny rozwój Wszechświata, a mianowicie początek ekspansji Wszechświata, przed którym Wszechświat znajdował się w stanie osobliwym.

Zwykle teraz automatycznie łączy się teorię Wielkiego Wybuchu i model gorącego Wszechświata, ale te koncepcje są niezależne i historycznie istniała również koncepcja zimnego początkowego Wszechświata w pobliżu Wielkiego Wybuchu. To właśnie połączenie teorii Wielkiego Wybuchu z teorią gorącego Wszechświata, poparte istnieniem kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, jest rozważane dalej.

18 biletów PRZESTRZEŃ PRÓŻNI

Próżnia(rel. próżnia- void) - przestrzeń wolna od materii. W inżynierii i fizyce stosowanej próżnia jest rozumiana jako ośrodek zawierający gaz pod ciśnieniem znacznie niższym od ciśnienia atmosferycznego. Próżnia charakteryzuje się stosunkiem średniej swobodnej drogi cząsteczek gazu λ do charakterystycznej wielkości medium D. Pod D można przyjąć odległość między ściankami komory próżniowej, średnicę rurociągu próżniowego itp. W zależności od wartości współczynnika λ / D rozróżnić próżnię niską (), średnią () i wysoką ().

Konieczne jest rozróżnienie pojęć fizyczna próżnia I próżnia techniczna.

19 bilet MECHANIKA KWANTOWA

Mechanika kwantowa- dział fizyki teoretycznej opisujący zjawiska fizyczne, w których działanie jest porównywalne pod względem wielkości do stałej Plancka. Przewidywania mechaniki kwantowej mogą znacznie różnić się od przewidywań mechaniki klasycznej. Ponieważ stała Plancka jest niezwykle mała w porównaniu z działaniem przedmiotów codziennego użytku, efekty kwantowe pojawiają się głównie w skali mikroskopowej. Jeśli fizyczne działanie układu jest znacznie większe niż stała Plancka, mechanika kwantowa w sposób organiczny przechodzi w mechanikę klasyczną. Z kolei mechanika kwantowa jest nierelatywistycznym przybliżeniem (czyli przybliżeniem małych energii w porównaniu z energią spoczynkową masywnych cząstek układu) kwantowej teorii pola.

Mechanika klasyczna, dobrze opisująca układy o skalach makroskopowych, nie jest w stanie opisać zjawisk na poziomie atomów, cząsteczek, elektronów i fotonów. Mechanika kwantowa odpowiednio opisuje podstawowe właściwości i zachowanie atomów, jonów, cząsteczek, materii skondensowanej i innych układów o strukturze elektronowo-jądrowej. Mechanika kwantowa jest również w stanie opisać zachowanie elektronów, fotonów i innych cząstek elementarnych, ale dokładniejszy, relatywistycznie niezmienny opis transformacji cząstek elementarnych jest budowany w ramach kwantowej teorii pola. Eksperymenty potwierdzają wyniki uzyskane za pomocą mechaniki kwantowej.

Podstawowe pojęcia kinematyki kwantowej to pojęcia obserwowalne i stan.

Podstawowe równania dynamiki kwantowej to równanie Schrödingera, równanie von Neumanna, równanie Lindblada, równanie Heisenberga i równanie Pauliego.

Równania mechaniki kwantowej są ściśle związane z wieloma gałęziami matematyki, w tym: teorią operatorów, teorią prawdopodobieństwa, analizą funkcjonalną, algebrami operatorów, teorią grup.

Całkowicie czarne ciało- idealizacja fizyczna stosowana w termodynamice, ciało, które pochłania całe padające na nie promieniowanie elektromagnetyczne we wszystkich zakresach i niczego nie odbija. Wbrew nazwie, samo ciało doskonale czarne może emitować promieniowanie elektromagnetyczne o dowolnej częstotliwości i wizualnie mieć kolor.Widmo promieniowania ciała doskonale czarnego zależy tylko od jego temperatury.

Znaczenie ciała doskonale czarnego w kwestii widma promieniowania cieplnego dowolnych (szarych i kolorowych) ciał w ogóle, oprócz tego, że jest to najprostszy nietrywialny przypadek, polega również na tym, że kwestia widma równowagi promieniowanie cieplne ciał o dowolnym kolorze i współczynniku odbicia sprowadza się metodami klasycznej termodynamiki do kwestii promieniowania z ciała absolutnie czarnego (i historycznie robiono to już pod koniec XIX wieku, kiedy problem promieniowania z na pierwszy plan wysunęło się absolutnie czarne ciało).

Najczarniejsze prawdziwe substancje, na przykład sadza, pochłaniają do 99% padającego promieniowania (czyli mają albedo równe 0,01) w widzialnym zakresie długości fal, ale znacznie gorzej pochłaniają promieniowanie podczerwone. Wśród ciał Układu Słonecznego Słońce w największym stopniu ma właściwości ciała absolutnie czarnego.

Termin został wprowadzony przez Gustava Kirchhoffa w 1862 roku.

20 biletowych ZASAD MECHANIKI KWANTOWEJ

Wszystkie problemy współczesnej fizyki można podzielić na dwie grupy: problemy fizyki klasycznej i problemy fizyki kwantowej Badając właściwości zwykłych ciał makroskopowych prawie nigdy nie napotykamy problemów kwantowych, ponieważ właściwości kwantowe stają się namacalne dopiero w mikrokosmosie . Dlatego fizyka XIX wieku, która badała tylko ciała makroskopowe, była całkowicie nieświadoma procesów kwantowych. To jest fizyka klasyczna. Charakterystyczne dla fizyki klasycznej jest to, że nie uwzględnia ona atomistycznej budowy materii. Teraz jednak rozwój techniki eksperymentalnej przesunął granice naszej znajomości z naturą tak szeroko, że znamy, a ponadto bardzo szczegółowo, ścisłość poszczególnych atomów i molekuł. Współczesna fizyka bada strukturę atomową materii, a zatem zasady starej fizyki klasycznej XIX wieku. musiał zmienić się zgodnie z nowymi faktami i zmienić się radykalnie. Ta zmiana zasad jest przejściem do fizyki kwantowej.

21 biletów DUALIZM KORPUSKULARNO-FALOWY

Dualizm korpuskularno-falowy- zasada, że każdy obiekt może wykazywać zarówno właściwości falowe, jak i cząsteczkowe. Został wprowadzony w trakcie rozwoju mechaniki kwantowej, aby interpretować zjawiska obserwowane w mikrokosmosie z punktu widzenia pojęć klasycznych. Dalszym rozwinięciem zasady dualizmu falowo-cząsteczkowego była koncepcja pól skwantowanych w kwantowej teorii pola.

Jako klasyczny przykład światło można interpretować jako strumień cząstek (fotonów), które w wielu efektach fizycznych wykazują właściwości fal elektromagnetycznych. Światło wykazuje właściwości fali w zjawiskach dyfrakcji i interferencji w skalach porównywalnych z długością fali światła. Na przykład nawet pojedynczy fotony przechodzące przez podwójną szczelinę tworzą na ekranie wzór interferencyjny, określony równaniami Maxwella.

Eksperyment pokazuje jednak, że foton nie jest krótkim impulsem promieniowania elektromagnetycznego, np. nie można go podzielić na kilka wiązek za pomocą dzielników optycznych, co wyraźnie pokazał eksperyment przeprowadzony przez francuskich fizyków Grangiera, Rogera i Aspe w 1986 roku. . Korpuskularne właściwości światła przejawiają się w efekcie fotoelektrycznym oraz w efekcie Comptona. Foton zachowuje się również jak cząstka, która jest w całości emitowana lub pochłaniana przez obiekty, których wymiary są znacznie mniejsze niż jego długość fali (na przykład jądra atomowe) lub ogólnie można ją uznać za punktową (na przykład elektron).

Obecnie koncepcja dualizmu falowo-cząsteczkowego ma jedynie znaczenie historyczne, ponieważ służyła jedynie jako interpretacja, sposób opisu zachowania obiektów kwantowych, wybierając dla niego analogie z fizyki klasycznej. W rzeczywistości obiekty kwantowe nie są ani klasycznymi falami, ani klasycznymi cząstkami, uzyskując właściwości pierwszej lub drugiej tylko w pewnym przybliżeniu. Metodologicznie bardziej poprawne jest sformułowanie teorii kwantowej w terminach całek po trajektoriach (propagator), wolne od użycia pojęć klasycznych.

22 bilet KONCEPCJA STRUKTURY ATOMU MODELE ATOMU

Model atomu Thomsona(wzór „Pudding z rodzynkami”, inż. model puddingu śliwkowego).J. J. Thomson zaproponował rozważenie atomu jako jakiegoś dodatnio naładowanego ciała z zamkniętymi w nim elektronami. W końcu został obalony przez Rutherforda po jego słynnym eksperymencie dotyczącym rozpraszania cząstek alfa.

Wczesny planetarny model atomu Nagaoki. W 1904 roku japoński fizyk Hantaro Nagaoka zaproponował model atomu zbudowany przez analogię z planetą Saturn. W tym modelu elektrony połączone w pierścienie krążą wokół małego dodatniego jądra na orbitach. Model okazał się błędny.

Planetarny model atomu Bohra-Rutherforda. W 1911 roku Ernest Rutherford, po przeprowadzeniu serii eksperymentów, doszedł do wniosku, że atom jest rodzajem układu planetarnego, w którym elektrony poruszają się po orbitach wokół ciężkiego dodatnio naładowanego jądra znajdującego się w centrum atomu („model Rutherforda atom"). Jednak taki opis atomu wchodził w konflikt z klasyczną elektrodynamiką. Faktem jest, że zgodnie z klasyczną elektrodynamiką elektron poruszając się z przyspieszeniem dośrodkowym musi emitować fale elektromagnetyczne i w konsekwencji tracić energię. Obliczenia wykazały, że czas, w którym elektron w takim atomie opadnie na jądro, jest absolutnie pomijalny. Aby wyjaśnić stabilność atomów, Niels Bohr musiał wprowadzić postulaty, które sprowadzały się do tego, że elektron w atomie, będąc w pewnych specjalnych stanach energetycznych, nie promieniuje energią („model atomu Bohra-Rutherforda”). Postulaty Bohra pokazały, że mechanika klasyczna nie ma zastosowania do opisu atomu. Dalsze badania promieniowania atomu doprowadziły do powstania mechaniki kwantowej, która pozwoliła wyjaśnić zdecydowaną większość zaobserwowanych faktów.

Atom(inne greckie ἄτομος- niepodzielny) - najmniejsza niepodzielna chemicznie część pierwiastka chemicznego, która jest nośnikiem jego właściwości. Atom składa się z jądra atomowego i elektronów. Jądro atomu składa się z dodatnio naładowanych protonów i nienaładowanych neutronów. Jeżeli liczba protonów w jądrze pokrywa się z liczbą elektronów, to atom jako całość jest elektrycznie obojętny. W przeciwnym razie ma pewien ładunek dodatni lub ujemny i jest nazywany jonem. Atomy są klasyfikowane według liczby protonów i neutronów w jądrze: liczba protonów określa, czy atom należy do określonego pierwiastka chemicznego, a liczba neutronów określa izotop tego pierwiastka.

Atomy różnych typów w różnych ilościach, połączone wiązaniami międzyatomowymi, tworzą cząsteczki.

23 bilet PODSTAWOWE INTERAKCJE

Podstawowe interakcje- jakościowo różne rodzaje oddziaływania cząstek elementarnych składających się z nich ciał.

Dziś niezawodnie wiadomo o istnieniu czterech podstawowych interakcji:

grawitacyjny

elektromagnetyczny

mocny

słaby

Jednocześnie oddziaływania elektromagnetyczne i słabe są przejawami pojedynczego oddziaływanie elektrosłabe.

Trwają poszukiwania innych rodzajów oddziaływań fundamentalnych, zarówno w zjawiskach mikroświata, jak iw skali kosmicznej, ale jak dotąd nie odkryto innego rodzaju oddziaływań fundamentalnych.

W fizyce energia mechaniczna dzieli się na dwa rodzaje - energię potencjalną i kinetyczną. Przyczyną zmiany ruchu ciał (zmiany energii kinetycznej) jest siła (energia potencjalna) (por. II zasada Newtona) Badając otaczający nas świat, możemy zauważyć szeroką gamę sił: grawitacja, naprężenie nici, siła ściskania sprężyny, siła zderzenia ciał, siła tarcia, siła oporu powietrza, siła wybuchu itp. Kiedy jednak wyjaśniono atomową strukturę materii, stało się jasne, że cała różnorodność tych sił jest wynikiem wzajemnego oddziaływania atomów ze sobą. Ponieważ głównym rodzajem oddziaływania międzyatomowego jest elektromagnetyczny, okazało się, że większość tych sił to po prostu różne przejawy oddziaływania elektromagnetycznego. Jednym z wyjątków jest na przykład siła grawitacji, która jest spowodowana oddziaływaniem grawitacyjnym między ciałami mającymi masę.

24 bilet CZĄSTKI ELEMENTARNE I ICH WŁAŚCIWOŚCI

Cząstka elementarna- zbiorczy termin odnoszący się do mikroobiektów w skali subjądrowej, których nie można podzielić na części składowe.

Należy pamiętać, że niektóre cząstki elementarne (elektron, foton, kwarki itp.) są obecnie uważane za bezstrukturalne i uważane za pierwotne cząstki podstawowe. Inne cząstki elementarne (tzw cząstki składowe-proton, neutron itp.) Mają złożoną strukturę wewnętrzną, ale mimo to zgodnie ze współczesnymi koncepcjami nie można ich rozdzielić na części (patrz Uwięzienie).

Strukturę i zachowanie cząstek elementarnych bada fizyka cząstek elementarnych.

Główny artykuł:Kwarki

Kwarki i antykwarki nigdy nie odnaleziono w stanie wolnym - tłumaczy się to zjawiskiem uwięzienia. Opierając się na symetrii między leptonami i kwarkami, która przejawia się w oddziaływaniu elektromagnetycznym, stawia się hipotezy, że cząstki te składają się z bardziej fundamentalnych cząstek - preonów.

25 biletów KONCEPCJA BIFURKACJI PUNKT BIFURKACJI

Bifurkacja to nabycie nowej jakości w ruchach układu dynamicznego z niewielką zmianą jego parametrów.

Centralną koncepcją teorii bifurkacji jest koncepcja systemu (nie)szorstkiego (patrz poniżej). Bierze się dowolny układ dynamiczny i taką (wielo)parametryczną rodzinę układów dynamicznych uznaje się, że oryginalny układ uzyskuje się jako przypadek szczególny - dla dowolnej wartości parametru (parametrów). Jeżeli obraz jakościowy podziału przestrzeni fazowej na trajektorie zostanie zachowany dla wartości parametrów dostatecznie zbliżonych do danego, to taki układ nazywamy surowy. W przeciwnym razie, jeśli takie sąsiedztwo nie istnieje, system nazywa się surowy.

W ten sposób w przestrzeni parametrów pojawiają się obszary systemów szorstkich, które są oddzielone powierzchniami składającymi się z systemów nieszorstkich. Teoria bifurkacji bada zależność obrazu jakościowego, gdy parametr zmienia się w sposób ciągły wzdłuż pewnej krzywej. Schemat, według którego zmienia się obraz jakościowy, nazywa się schemat bifurkacji.

Głównymi metodami teorii bifurkacji są metody teorii perturbacji. W szczególności dotyczy to metoda małych parametrów(Pontryagin).

punkt rozwidlenia- zmiana ustalonego trybu pracy systemu. Pojęcie z termodynamiki i synergii nierównowagowej.

punkt rozwidlenia- stan krytyczny systemu, w którym system staje się niestabilny względem wahań i pojawia się niepewność: czy stan systemu stanie się chaotyczny, czy też przejdzie na nowy, bardziej zróżnicowany i wysoki poziom porządku. Pojęcie z teorii samoorganizacji.

26 biletów SYNERGETYKA – NAUKA O OTWARTYCH SYSTEMACH SAMOORGANIZACJI

Synergetyka(Inne greckie συν - przedrostek oznaczający zgodność i ἔργον - „aktywność”) - interdyscyplinarny obszar badań naukowych, którego zadaniem jest badanie zjawisk i procesów przyrodniczych w oparciu o zasady samoorganizacji systemów ( składający się z podsystemy). „...Nauka badająca procesy samoorganizacji oraz powstawania, utrzymywania, stabilności i rozpadu struktur o najróżniejszym charakterze...”.

Synergetyka była pierwotnie deklarowana jako podejście interdyscyplinarne, ponieważ zasady rządzące procesami samoorganizacji wydają się być takie same (niezależnie od charakteru systemów), a do ich opisu powinien być odpowiedni wspólny aparat matematyczny.

Z ideologicznego punktu widzenia synergetyka jest czasami pozycjonowana jako „globalny ewolucjonizm” lub „uniwersalna teoria ewolucji”, co stanowi pojedynczą podstawę do opisania mechanizmów powstawania wszelkich innowacji, tak jak kiedyś cybernetykę określano jako „powszechną kontrolę”. teorii”, równie odpowiedni do opisu wszelkich operacji regulacyjnych i optymalizacyjnych: w przyrodzie, w technologii, w społeczeństwie itp., itp. Jednak czas pokazał, że ogólne podejście cybernetyczne dalekie jest od uzasadnienia wszystkich pokładanych w nim nadziei. Podobnie krytykowana jest szeroka interpretacja stosowalności metod synergicznych.

Podstawowym pojęciem synergii jest definicja struktury jako stany, powstające w wyniku wielowariantowego i niejednoznacznego zachowania takich wieloelementowych struktur lub wieloczynnikowych mediów, które nie degradują się do normy uśredniania termodynamicznego dla systemów zamkniętych, ale rozwijają się dzięki otwartości, dopływowi energii z zewnątrz, nieliniowości wewnętrznej procesy, pojawienie się specjalnych reżimów z ostrzeniem i obecnością więcej niż jednego stabilnego stanu. We wskazanych układach nie ma zastosowania ani druga zasada termodynamiki, ani twierdzenie Prigogine'a o minimalnej szybkości wytwarzania entropii, co może prowadzić do powstania nowych struktur i układów, także tych bardziej złożonych niż pierwotne.

Zjawisko to interpretowane jest przez synergię jako ogólny mechanizm kierunku ewolucji obserwowany wszędzie w przyrodzie: od elementarnych i prymitywnych do złożonych i doskonalszych.

W niektórych przypadkach powstawanie nowych struktur ma charakter regularny, falowy i wówczas nazywane są procesami autofalowymi (przez analogię do samooscylacji).

27 bilet KONCEPCJA ŻYCIA PROBLEM POCHODZENIA ŻYCIA

Życie- aktywna forma istnienia substancji, w pewnym sensie najwyższa w porównaniu z jej fizycznymi i chemicznymi formami istnienia; zespół procesów fizycznych i chemicznych zachodzących w komórce, umożliwiający wymianę materii i jej podział. Głównym atrybutem żywej materii jest informacja genetyczna wykorzystywana do replikacji. Mniej lub bardziej trafnie zdefiniować pojęcie „życia” można jedynie wyliczyć cechy, które odróżniają je od nie-życia. Życie nie istnieje poza komórką, wirusy wykazują właściwości żywej materii dopiero po przeniesieniu materiału genetycznego do komórki [ źródło nieokreślone 268 dni] . Przystosowując się do środowiska, żywa komórka tworzy całą gamę żywych organizmów.

Również pod słowem „życie” rozumie się okres istnienia pojedynczego organizmu od momentu pojawienia się do jego śmierci (ontogeneza).

W 1860 roku francuski chemik Louis Pasteur podjął problem pochodzenia życia. Poprzez swoje eksperymenty udowodnił, że bakterie są wszechobecne i że materiały nieożywione mogą łatwo zostać skażone przez żywe stworzenia, jeśli nie zostaną odpowiednio wysterylizowane. Naukowiec gotował w wodzie różne media, w których mogły powstawać mikroorganizmy. Dodatkowe gotowanie zabiło mikroorganizmy i ich zarodniki. Pasteur przymocował zamkniętą kolbę z wolnym końcem do rurki w kształcie litery S. Zarodniki mikroorganizmów osiadły na zakrzywionej rurce i nie mogły przeniknąć do pożywki. Dobrze ugotowana pożywka pozostała sterylna, nie znaleziono w niej życia, mimo że zapewniony był dostęp powietrza.

W wyniku serii eksperymentów Pasteur udowodnił słuszność teorii biogenezy i ostatecznie obalił teorię spontanicznej generacji.

28 bilet KONCEPCJA POCHODZENIA ŻYCIA OPARINA

Sir ISAAC NEWTON (04 stycznia 1643 - 31 marca 1727) - wybitny angielski naukowiec, który położył podwaliny pod nowoczesne nauki przyrodnicze, twórca fizyki klasycznej, członek Royal Society of London i jego prezes (od 1703). Urodzony w Woolsthorpe. Ukończył Uniwersytet Cambridge w 1665. W marcu i czerwcu 1666 Newton odwiedził Cambridge. Jednak latem nowa fala zarazy zmusiła go do ponownego opuszczenia domu. Wreszcie na początku 1667 r. epidemia ustąpiła, aw kwietniu Newton powrócił do Cambridge. 1 października został wybrany Fellow of Trinity College, aw 1668 został mistrzem. Dostał obszerny prywatny pokój do zamieszkania, pensję 2 funtów rocznie i grupę studentów, z którymi przez kilka godzin w tygodniu sumiennie studiował standardowe przedmioty. Jednak ani wtedy, ani później Newton nie zasłynął jako nauczyciel, jego wykłady były słabo uczęszczane. jeden

Po ugruntowaniu swojej pozycji Newton udał się do Londynu, gdzie krótko wcześniej, w 1660 r., powstało Royal Society of London - autorytatywna organizacja wybitnych naukowców, jedna z pierwszych Akademii Nauk. Drukowanym organem Towarzystwa Królewskiego było czasopismo Philosophical Transactions.

W 1669 roku w Europie zaczęły pojawiać się prace matematyczne wykorzystujące rozszerzenia w nieskończone serie. Chociaż głębi tych odkryć nie da się porównać z odkryciami Newtona, Barrow nalegał, aby jego uczeń ustalił swój priorytet w tej sprawie. 2 ______________________________

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

2. Akroyd P. „Izaak Newton. Biografia". - M.: Koliber, Azbuka-Atticus, 2011

Newton napisał krótkie, ale dość kompletne podsumowanie tej części swoich odkryć, którą nazwał „Analiza za pomocą równań z nieskończoną liczbą terminów”. Barrow wysłał ten traktat do Londynu. Newton poprosił Barrowa, aby nie ujawniał nazwiska autora pracy (ale mimo to się wyślizgnął). „Analiza” rozprzestrzeniła się wśród specjalistów i zyskała rozgłos w Anglii i poza nią.

W tym samym roku Barrow przyjął zaproszenie króla na nadwornego kapelana i porzucił nauczanie. 29 października 1669 26-letni Newton został wybrany na swojego następcę, profesora matematyki i optyki w Trinity College, z wysoką pensją 100 funtów rocznie. Barrow zostawił Newtonowi rozległe laboratorium alchemiczne; w tym okresie Newton poważnie zainteresował się alchemią, przeprowadził wiele eksperymentów chemicznych.Newton sformułował podstawowe prawa mechaniki klasycznej, odkrył prawo powszechnego ciążenia, rozproszenia światła, rozwinął korpuskularną teorię światła i rozwinął różniczkowe i rachunek całkowy. Podsumowując wyniki badań swoich poprzedników w dziedzinie mechaniki i własnych, Newton stworzył ogromne dzieło „Matematyczne zasady filozofii naturalnej” („Początki”), opublikowane w 1687 roku. „Początki” zawierały podstawowe pojęcia mechaniki klasycznej, w szczególności pojęcia: masy, pędu, siły, przyspieszenia, siły dośrodkowej i trzech praw ruchu. W tej samej pracy podane jest jego prawo powszechnego ciążenia, na podstawie którego Newton wyjaśnił ruch ciał niebieskich i stworzył teorię grawitacji. 1 Odkrycie tego prawa ostatecznie potwierdziło zwycięstwo nauk Kopernika. Pokazał, że trzy prawa Keplera wynikają z prawa powszechnego ciążenia; wyjaśnił cechy ruchu księżyca, zjawisko procesji; opracował teorię postaci Ziemi, zauważając, że powinna ona być ściśnięta na biegunach, _____________________________

1. Akroyd P. „Izaak Newton. Biografia". - M.: Koliber, Azbuka-Atticus, 2011

teoria przypływów i odpływów; rozważał problem stworzenia sztucznego satelity Ziemi itp. Newton opracował prawo oporu i podstawowe prawo tarcia wewnętrznego w cieczach i gazach, dał wzór na prędkość propagacji fali.

Dane wyjściowe kolekcji:

HISTORIA FORMACJIANALITYCZNY MECHANIKA

Korolew Władimir Stiepanowicz

profesor nadzwyczajny, kan. Fizyka-Matematyka. nauki,

Petersburski Uniwersytet Państwowy,
Federacja Rosyjska, Sankt Petersburg

HISTORIA FORMACJIANALITYCZNYCH MECHANIKA

Władimir Korolew

kandydat nauk fizycznych i matematycznych, adiunkt,

Uniwersytet Państwowy w Petersburgu,
Rosja, Sankt-Petersburg

adnotacja

Uwzględniono prace klasyków nauki w mechanice, które zostały ukończone w ciągu ostatnich lat. Podjęto próbę oceny ich wkładu w dalszy rozwój nauki.

Abstrakcyjny

Uwzględniono dzieła klasyków nauki z zakresu mechaniki, które powstały w ostatnich latach. Podejmowana jest próba oszacowania ich wkładu w dalszy rozwój nauki.

Słowa kluczowe: historia mechaniki; rozwój nauki.

słowa kluczowe: historia mechaniki; rozwój nauki.

Wstęp

Mechanika jest nauką o ruchu. Słowa teoretyczne czy analityczne pokazują, że prezentacja nie posługuje się stałym odniesieniem do eksperymentu, lecz jest realizowana przez modelowanie matematyczne na podstawie aksjomatycznie przyjętych postulatów i twierdzeń, których treść jest zdeterminowana głębokimi właściwościami świata materialnego.

Mechanika teoretyczna jest podstawową podstawą wiedzy naukowej. Trudno jest wytyczyć wyraźną granicę między mechaniką teoretyczną a niektórymi gałęziami matematyki czy fizyki. Wiele metod powstałych w rozwiązywaniu problemów mechaniki, sformułowanych w wewnętrznym języku matematycznym, otrzymało abstrakcyjną kontynuację i doprowadziło do powstania nowych działów matematyki i innych nauk.

Przedmiotem badań mechaniki teoretycznej są wydzielone ciała materialne lub wybrane układy ciał w procesie ich ruchu i interakcji między sobą a otaczającym światem, gdy zmienia się względne położenie w przestrzeni i czasie. Powszechnie przyjmuje się, że otaczające nas obiekty są niemal całkowicie stałymi ciałami. Ciała odkształcalne, media płynne i gazowe prawie nie są brane pod uwagę lub brane pod uwagę pośrednio poprzez ich wpływ na ruch wybranych układów mechanicznych. Mechanika teoretyczna zajmuje się ogólnymi prawami mechanicznych form ruchu oraz konstruowaniem modeli matematycznych opisujących możliwe zachowanie układów mechanicznych. Opiera się na prawach ustalonych w eksperymentach lub specjalnych eksperymentach fizycznych i przyjmowanych jako aksjomaty lub prawda, która nie wymaga dowodu, a także wykorzystuje duży zestaw podstawowych (wspólnych dla wielu dziedzin nauki) i specjalnych pojęć i definicji. Są one tylko w przybliżeniu poprawne i zostały zakwestionowane, co doprowadziło do powstania nowych teorii i kierunków dalszych badań. Nie mamy do czynienia z idealną nieruchomą przestrzenią ani jej metryką, ani z procesami ruchu jednostajnego, za pomocą których można liczyć absolutnie dokładne odstępy czasu.

Jako nauka powstała w IV wieku pne w pracach starożytnych greckich naukowców, ponieważ wiedza była gromadzona wraz z fizyką i matematyką, była aktywnie rozwijana przez różne szkoły filozoficzne aż do pierwszego wieku i wyróżniała się jako niezależny kierunek. Do tej pory wykształciło się wiele kierunków naukowych, trendów, metod i możliwości badawczych, które tworzą odrębne hipotezy lub teorie do opisu i modelowania w oparciu o całą zgromadzoną wiedzę. Wiele osiągnięć w naukach przyrodniczych rozwija lub uzupełnia podstawowe pojęcia z zakresu zagadnień mechaniki przestrzeń, który jest określony przez wymiar i konstrukcję, materiał lub substancja wypełniająca przestrzeń, ruch jako forma istnienia materii, energia jako jedna z głównych cech ruchu.

Założyciele mechaniki klasycznej

· archite Tarentsky (428-365 pne), przedstawiciel pitagorejskiej szkoły filozofii, był jednym z pierwszych, którzy rozwinęli problemy w mechanice.

· Platon(427-347), uczeń Sokratesa, rozwinął i omówił wiele problemów w ramach szkoły filozoficznej, stworzył teorię idealnego świata i doktrynę idealnego państwa.

· Arystoteles(384-322), uczeń Platona, sformułował ogólne zasady ruchu, stworzył teorię ruchu sfer niebieskich, zasadę wirtualnych prędkości, uznając za źródło ruchu siły wywołane wpływami zewnętrznymi.

Obrazek 1.

· Euklides(340-287), sformułowali wiele postulatów matematycznych i hipotez fizycznych, położyli podwaliny pod geometrię stosowaną w mechanice klasycznej.

· Archimedesa(287-212), położyli podwaliny pod mechanikę i hydrostatykę, teorię prostych maszyn, wynaleźli śrubę Archimedesa do zaopatrzenia w wodę, dźwignię i wiele różnych maszyn dźwigowych i wojskowych.

Rysunek 2.

· Hipparch(180-125), stworzyli teorię ruchu Księżyca, wyjaśnili pozorny ruch Słońca i planet oraz wprowadzili współrzędne geograficzne.

· Czapla Aleksandryjczyk (I wiek pne), badał mechanizmy i urządzenia podnoszące, wynalazł automatyczne drzwi, turbinę parową, jako pierwszy stworzył programowalne urządzenia, zajmował się hydrostatyką i optyką.

· Ptolemeusz(100-178 ne), mechanik, optyk, astronom, zaproponował geocentryczny system świata, zbadał pozorny ruch Słońca, Księżyca i planet.

Rysunek 3

Nauka została dalej rozwinięta w renesans w badaniach wielu europejskich naukowców.

· Leonardo da Vinci(1452-1519), uniwersalna twórcza osoba, wykonała wiele mechaniki teoretycznej i praktycznej, studiowała mechanikę ruchów człowieka i lotu ptaków.

· Mikołaja Kopernik(1473-1543), opracowali heliocentryczny system świata i opublikowali go w O obrotach sfer niebieskich.

· Tycho Brahe(1546-1601), pozostawił najdokładniejsze obserwacje ruchu ciał niebieskich, próbował połączyć systemy Ptolemeusza i Kopernika, ale w swoim modelu Słońce i Księżyc krążyły wokół Ziemi, a wszystkie inne planety wokół Słońca.

Rysunek 4

· Galileo Galilei(1564-1642), prowadzili badania nad statyką, dynamiką i mechaniką materiałów, nakreślili najważniejsze zasady i prawa, które wytyczyły drogę do powstania nowej dynamiki, wynaleźli teleskop i odkryli satelity Marsa i Jowisza.

Rysunek 5

· Johannes Kepler(1571-1630) zaproponowali prawa ruchu planet i położyli podwaliny pod mechanikę nieba. Odkrycia praw ruchu planet dokonały się wyniki przetworzenia tabel obserwacji astronoma Tycho Brahe.

Rysunek 6

Założyciele mechaniki analitycznej

Analityczny Mechanika została stworzona przez pracę przedstawicieli trzech pokoleń, niemal ściśle ze sobą idących.

Do 1687 r. datuje się publikacja „Zasad matematyki filozofii naturalnej” Newtona. W roku swojej śmierci dwudziestoletni Euler opublikował swoją pierwszą pracę na temat zastosowania analizy matematycznej w mechanice. Przez wiele lat mieszkał w Petersburgu, opublikował setki prac naukowych iw ten sposób przyczynił się do powstania Rosyjskiej Akademii Nauk. Pięć lat po Eulerze. Lagrange publikuje Analytical Dynamics w wieku 52 lat. Minie kolejne 30 lat i ukażą się prace nad dynamiką analityczną trzech słynnych współczesnych: Hamiltona, Ostrogradskiego i Jacobiego. Mechanika otrzymała swój główny rozwój w badaniach europejskich naukowców.

· chrześcijanin Huygens(1629-1695), wynalazł zegar wahadłowy, prawo propagacji drgań, rozwinął falową teorię światła.

· Robert hooke(1635-1703), studiował teorię ruchów planet, w swoim liście do Newtona wyraził ideę prawa powszechnego ciążenia, badał ciśnienie powietrza, napięcie powierzchniowe cieczy, odkrył prawo odkształcenia ciał elastycznych.

Rysunek 7. Robert Hooke

· Izaak Newton(1643-1727), stworzył podstawy współczesnej mechaniki teoretycznej, w swojej głównej pracy „Matematyczne zasady filozofii naturalnej” podsumował wyniki swoich poprzedników, podał definicje podstawowych pojęć i sformułował podstawowe prawa, przeprowadził uzasadnienie i otrzymał ogólne rozwiązanie problemu dwóch ciał. Przekładu z łaciny na rosyjski dokonał akademik A.N. Kryłow.

Cyfra 8

· Gottfried Leibniz(1646-1716), wprowadził pojęcie siły roboczej, sformułował zasadę najmniejszego działania, zbadał teorię odporności materiałów.

· Johann Bernoulli(1667-1748), rozwiązał problem brachistochrony, rozwinął teorię uderzeń, badał ruch ciał w ośrodku oporowym.

· Leonhard Euler(1707-1783), położył podwaliny pod dynamikę analityczną w książce „Mechanika czyli nauka o ruchu w ujęciu analitycznym”, analizował przypadek ruchu ciężkiego sztywnego ciała unieruchomionego w środku ciężkości, jest założycielem hydrodynamika, rozwinęła teorię lotu pocisku, wprowadziła pojęcie siły bezwładności.

Rysunek 9

· drelich Leron d'Alembert(1717-1783), otrzymał ogólne zasady kompilacji równań ruchu układów materialnych, zbadał ruch planet, ustalił podstawowe zasady dynamiki w książce „Traktat o dynamice”.

· Józef Louis Lagrange(1736-1813) w swojej pracy „Dynamika analityczna” zaproponował zasadę możliwych przemieszczeń, wprowadził współrzędne uogólnione i nadał równaniom ruchu nową postać, odkrył nowy przypadek rozwiązania równań ruchu obrotowego ciała sztywnego.

Prace tych naukowców zakończyły budowę podstaw współczesnej mechaniki klasycznej, położyły podwaliny pod analizę nieskończenie małych. Opracowano kurs mechaniki, który został przedstawiony w sposób ściśle analityczny w oparciu o ogólną zasadę matematyczną. Kurs ten nazwano „Mechanika analityczna”. Postęp w mechanice był tak wielki, że wpłynął na ówczesną filozofię, która przejawiała się w tworzeniu "mechanizmu".

Rozwojowi mechaniki sprzyjało także zainteresowanie astronomów, matematyków i fizyków problematyką wyznaczania ruchu widzialnych ciał niebieskich (Księżyca, planet, komet). Odkrycia i prace Kopernika, Galileusza i Keplera, teoria ruchu Księżyca d'Alemberta i Poissona, pięciotomowa Mechanika Niebiańska Laplace'a i innych klasyków pozwoliły stworzyć w miarę kompletną teorię ruchu w pole grawitacyjne, umożliwiające zastosowanie metod analitycznych i numerycznych do badania innych zagadnień mechaniki. Dalszy rozwój mechaniki wiąże się z pracami wybitnych naukowców swoich czasów.

· Pierre Laplace(1749-1827), dokończyli tworzenie mechaniki niebieskiej opartej na prawie powszechnego ciążenia, udowodnili stabilność Układu Słonecznego, rozwinęli teorię przypływów i odpływów, zbadali ruch księżyca i określili ściskanie sferoidy Ziemi , uzasadnił hipotezę powstania Układu Słonecznego.

Rysunek 10.

· Jean Baptiste Fouriera(1768-1830), stworzyli teorię równań różniczkowych cząstkowych, rozwinęli doktrynę reprezentacji funkcji w postaci szeregów trygonometrycznych, zgłębili zasadę pracy wirtualnej.

· Karol Gaus(1777-1855), wielki matematyk i mechanik, opublikował teorię ruchu ciał niebieskich, ustalił pozycję planety Ceres, studiował teorię potencjałów i optykę.

· Louis Poinsot(1777-1859), zaproponował ogólne rozwiązanie problemu ruchu ciała, wprowadził pojęcie elipsoidy bezwładności, badał wiele zagadnień statyki i kinematyki.

· Simeon Poisson(1781-1840), zajmował się rozwiązywaniem problemów grawitacji i elektrostatyki, uogólniał teorię sprężystości i konstruował równania ruchu w oparciu o zasadę sił życiowych.

· Michaił Wasiliewicz Ostrogradski(1801-1862), wielki matematyk i mechanik, jego prace dotyczą mechaniki analitycznej, teorii sprężystości, mechaniki niebieskiej, hydromechaniki, studiował ogólne równania dynamiki.

· Karol Gustaw Jacobi(1804-1851), proponowali nowe rozwiązania równań dynamiki, opracowali ogólną teorię całkowania równań ruchu, zastosowali kanoniczne równania mechaniki i równania różniczkowe cząstkowe.

· William Rowana Hamilton(1805-1865), sprowadzili równania ruchu dowolnego układu mechanicznego do postaci kanonicznej, wprowadzili pojęcie kwaternionów i wektorów, ustanowili ogólną integralną zasadę wariacyjną mechaniki.

Rysunek 11.

· Hermann Helmholtz(1821-1894), podając matematyczną interpretację prawa zachowania energii, położył podwaliny pod szerokie zastosowanie zasady najmniejszego oddziaływania na zjawiska elektromagnetyczne i optyczne.

· Nikołaj Władimirowicz Majewski(1823-1892), założyciel rosyjskiej naukowej szkoły balistycznej, stworzył teorię ruchu obrotowego pocisku, jako pierwszy wziął pod uwagę opór powietrza.

· Pafnuty Lvovich Czebyszew(1821-1894), studiował teorię maszyn i mechanizmów, stworzył maszynę parową, regulator odśrodkowy, mechanizmy spacerowe i wiosłowe.

Rysunek 12.

· Gustaw Kirchhoff(1824-1887), studiował deformację, ruch i równowagę ciał sprężystych, pracował nad logiczną konstrukcją mechaniki.

· Sofia Wasiliewna Kowalewskaja(1850-1891), zajmował się teorią ruchu obrotowego ciała wokół stałego punktu, odkrył trzeci klasyczny przypadek rozwiązania problemu, badał problem Laplace'a na równowadze pierścieni Saturna.

Rysunek 13.

· Henz Herc(1857-1894), główne prace poświęcone są elektrodynamice i ogólnym twierdzeniom mechaniki opartym na jednej zasadzie.

Nowoczesny rozwój mechaniki

W XX wieku zajmowali się i nadal zajmują się rozwiązywaniem wielu nowych problemów w mechanice. Było to szczególnie aktywne po pojawieniu się nowoczesnych narzędzi komputerowych. Przede wszystkim są to nowe złożone problemy ruchu sterowanego, dynamiki kosmicznej, robotyki, biomechaniki, mechaniki kwantowej. Można zauważyć pracę wybitnych naukowców, wielu szkół naukowych uniwersytetów i zespołów badawczych w Rosji.

· Nikołaj Jegorowicz Żukowski(1847-1921), twórca aerodynamiki, badał ruch ciała sztywnego o stałym punkcie i problem stabilności ruchu, wyprowadził wzór na określenie siły nośnej skrzydła i studiował teorię uderzenia.

Rysunek 14.

· Aleksander Michajłowicz Lapunow(1857-1918), główne prace poświęcone są teorii stabilności równowagi i ruchu układów mechanicznych, twórcy współczesnej teorii stabilności.

· Konstantin Eduardowicz Ciołkowski(1857-1935), twórca nowoczesnej astronautyki, aerodynamiki i dynamiki rakiet, stworzył teorię poduszkowca oraz teorię ruchu rakiet jedno- i wielostopniowych.

· Iwan Wsiewołodowiczu Meshchersky(1859-1935), badał ruch ciał o zmiennej masie, opracował zbiór problemów mechaniki, który jest używany do dziś.

Rysunek 15.

· Aleksiej Nikołajewicz Kryłow(1863-1945), główne badania dotyczą mechaniki strukturalnej i budowy statków, niezatapialności statku i jego stateczności, hydromechaniki, balistyki, mechaniki nieba, teorii napędu odrzutowego, teorii żyroskopów i metod numerycznych, przetłumaczone na język rosyjski dzieła wielu klasyków nauki.

· Siergiej Aleksiejewicz Czaplygin(1869-1942), główne prace związane z mechaniką nieholonomiczną, hydrodynamiką, teorią lotnictwa i aerodynamiką, dały kompletne rozwiązanie problemu wpływu przepływu powietrza na opływowe ciało.

· Alberta Einsteina(1879-1955), sformułował szczególną i ogólną teorię względności, stworzył nowy system relacji czasoprzestrzennych i pokazał, że grawitacja jest wyrazem niejednorodności przestrzeni i czasu, która jest wytwarzana przez obecność materii.

· Aleksander Aleksandrowicz Fridman(1888-1925), stworzył model wszechświata niestacjonarnego, w którym przewidział możliwość ekspansji wszechświata.

· Nikołaj Gurewicz Czetajew(1902-1959) badał właściwości ruchów zaburzonych układów mechanicznych, zagadnienia stabilności ruchu, udowodnił podstawowe twierdzenia o niestabilności równowagi.

Rysunek 16.

· Lew Semenowicz Pontriagina(1908-1988) zajmował się teorią oscylacji, rachunkiem wariacyjnym, teorią sterowania, twórcą matematycznej teorii procesów optymalnych.

Rysunek 17.

Niewykluczone, że już w starożytności i późniejszych okresach istniały ośrodki wiedzy, szkoły naukowe i kierunki badań nauki i kultury ludów lub cywilizacji: arabskich, chińskich czy indyjskich w Azji, Majów w Ameryce, gdzie pojawiły się osiągnięcia , ale europejskie szkoły filozoficzne i naukowe rozwijały się w szczególny sposób, nie zawsze zwracając uwagę na odkrycia czy teorie innych badaczy. W różnych okresach do komunikacji używano łaciny, niemieckiego, francuskiego, angielskiego... Potrzebne były dokładne tłumaczenia dostępnych tekstów i wspólna notacja w formułach. Utrudniło to, ale nie zatrzymało rozwoju.

Współczesna nauka próbuje się uczyć pojedynczy kompleks wszystkiego, co istnieje, co przejawia się w tak różnorodny sposób w otaczającym nas świecie.Do tej pory ukształtowało się wiele kierunków naukowych, nurtów, metod i możliwości badawczych.Podczas studiów w zakresie mechaniki klasycznej wyróżnia się kinematykę, statykę i dynamikę jako główne sekcje. Samodzielny dział lub nauka stworzył mechanikę niebieską, jako część astronomii teoretycznej, a także mechanikę kwantową.

Podstawowe zadania dynamiki polegają na wyznaczeniu ruchu układu ciał według znanych sił czynnych uwzględnionych lub na wyznaczeniu sił według znanego prawa ruchu. Kontrola w problemach dynamiki zakłada, że istnieje możliwość zmiany warunków realizacji procesu ruchu według własnego wyboru parametrów lub funkcji określających ten proces lub zawartych w równaniach ruchu, zgodnie z podanym wymagania, życzenia lub kryteria.

analityczne, teoretyczne, klasyczne, stosowane,

Racjonalne, zarządzane, niebiańskie, kwantowe…

To wszystko Mechanika w różnych prezentacjach!

Bibliografia:

Aleszkow Ju.Z. Doskonała praca z matematyki stosowanej. SPb.: Wyd. Petersburski Uniwersytet Państwowy, 2004. - 309 s.
Bogomołow A.N. Matematyka mechaniki. Przewodnik biograficzny. Kijów: Wyd. Naukova Dumka, 1983. - 639 s.
Wawiłow S.I. Izaaka Newtona. 4 wyd., dodaj. M.: Nauka, 1989. - 271 s.
Kryłow A.N. Isaac Newton: Matematyczne zasady filozofii przyrody. Tłumaczenie z łaciny z notatkami i objaśnieniami floty generała porucznika A.N. Kryłow. // Postępowanie Akademii Morskiej Nikołajewa (wydanie 4), Piotrogród. Księga 1. 1915. 276 s., Księga 2. 1916. (Z. 5). 344 pkt. lub w książce: A.N. Kryłow. Kolekcja dzieł. M.-L. Wydawnictwo Akademii Nauk ZSRR. T. 7. 1936. 696 s. czy w serii Classics of Science: I. Newton. Matematyczne zasady filozofii przyrody. Tłumaczenie z łac. i komentarze A.N. Kryłow. M.: Nauka. 1989. - 687 s.
Ludzie rosyjskiej nauki // Eseje o wybitnych postaciach nauk przyrodniczych i technologii. (Matematyka. Mechanika. Astronomia. Fizyka. Chemia). Zbiór artykułów, wyd. IV. Kuzniecowa. M.: Fizmatlit, 1961. 600 s.
Novoselov V.S., Korolev V.S. Mechanika analityczna systemu sterowanego. SPb.: Wyd. Petersburski Uniwersytet Państwowy, 2005. 298 s.
Novoselov V.S. Mechanika kwantowa i fizyka statystyczna. SPb.: Wyd. VVM, 2012. 182 s.
Poliachowa E.N. Klasyczna mechanika nieba w pracach Petersburskiej Szkoły Matematyki i Mechaniki w XIX wieku. SPb.: Wyd. Nestor-Historia, 2012. 140 s.
Polyachova E.N., Korolev V.S., Kholshevnikov K.V. Tłumaczenia dzieł klasyków nauki autorstwa akademika A.N. Kryłow. „Nauki przyrodnicze i matematyczne we współczesnym świecie” nr 2(26). Nowosybirsk: wyd. SibAK, 2015. S. 108-128.
Poincare A. O nauce. Za. od ks. wyd. L.S. Pontriagina. M.: Nauka, 1990. 736 s.
Tyulina I.A., Chinenova V.N. Historia mechaniki przez pryzmat rozwoju idei, zasad i hipotez. M.: URSS (Librocom), 2012. 252 s.

Definicja 1

Mechanika klasyczna to podrozdział fizyki, który bada ruch ciał fizycznych w oparciu o prawa Newtona.

Podstawowe pojęcia mechaniki klasycznej to:

masa - jest definiowana jako główna miara bezwładności lub zdolność substancji do utrzymania stanu spoczynku przy braku wpływu na nią czynników zewnętrznych;
siła - działa na ciało i zmienia stan jego ruchu, powodując przyspieszenie;
energia wewnętrzna - określa aktualny stan badanego elementu.

Inne równie ważne pojęcia tego działu fizyki to: temperatura, pęd, moment pędu i objętość materii. Na energię układu mechanicznego składa się głównie jego energia kinetyczna ruchu oraz siła potencjalna, która zależy od położenia elementów działających w danym układzie. W odniesieniu do tych wielkości fizycznych działają podstawowe prawa zachowania mechaniki klasycznej.

Założyciele mechaniki klasycznej

Uwaga 1

Podstawy mechaniki klasycznej z powodzeniem położył myśliciel Galileusz, a także Kepler i Kopernik, rozważając schematy szybkiego ruchu ciał niebieskich.

Rysunek 1. Zasady mechaniki klasycznej. Author24 - internetowa wymiana prac studenckich

Co ciekawe, przez długi czas fizyka i mechanika były badane w kontekście wydarzeń astronomicznych. W swoich pracach naukowych Kopernik przekonywał, że prawidłowe obliczenie wzorców interakcji ciał niebieskich można uprościć, jeśli odejdziemy od dotychczasowych zasad, które zostały wcześniej ustanowione przez Arystotelesa i uznamy je za punkt wyjścia do przejścia od geocentryczności do koncepcja heliocentryczna.

Idee naukowca zostały dalej sformalizowane przez jego kolegę Keplera w trzech prawach ruchu ciał materialnych. W szczególności drugie prawo stwierdzało, że absolutnie wszystkie planety Układu Słonecznego wykonują jednolity ruch po orbitach eliptycznych, z głównym skupieniem Słońca.

Kolejny znaczący wkład w rozwój mechaniki klasycznej wniósł wynalazca Galileusz, który badając podstawowe postulaty mechanicznego ruchu ciał niebieskich, w szczególności pod wpływem sił grawitacji, przedstawił publiczności jednocześnie pięć uniwersalnych prawa ruchu fizycznego substancji.

Jednak współcześni przypisują laury kluczowego twórcy mechaniki klasycznej Izaakowi Newtonowi, który w swoim słynnym dziele naukowym „Matematyczna ekspresja filozofii naturalnej” opisał syntezę tych definicji w fizyce ruchu, które wcześniej przedstawili jego poprzednicy.

Rysunek 2. Zasady wariacyjne mechaniki klasycznej. Author24 - internetowa wymiana prac studenckich

Newton jasno sformułował trzy podstawowe prawa ruchu, które nazwano jego imieniem, a także teorię powszechnego ciążenia, która wytyczyła granicę badaniom Galileusza i wyjaśniła zjawisko swobodnego spadania ciał. W ten sposób powstał nowy, lepszy obraz świata.

Podstawowe i wariacyjne zasady mechaniki klasycznej

Mechanika klasyczna dostarcza naukowcom dokładnych wyników dla systemów, które często spotyka się w życiu codziennym. Ale ostatecznie stają się niepoprawne dla innych koncepcji, których prędkość jest prawie równa prędkości światła. Następnie konieczne jest wykorzystanie w eksperymentach praw mechaniki relatywistycznej i kwantowej. W przypadku układów, które łączą kilka właściwości naraz, zamiast mechaniki klasycznej stosuje się teorię pola kwantów. W przypadku pojęć z wieloma składnikami, czyli poziomami swobody, kierunek studiów w fizyce jest również odpowiedni, gdy stosuje się metody mechaniki statystycznej.

Dziś wyróżnia się następujące główne zasady mechaniki klasycznej:

Zasada niezmienności względem przemieszczeń przestrzennych i czasowych (obrotów, przesunięć, symetrii): przestrzeń jest zawsze jednorodna, a jej początkowe położenie i orientacja względem materialnego ciała odniesienia nie wpływają na przebieg jakichkolwiek procesów w układzie zamkniętym.
Zasada względności: na przebieg procesów fizycznych w układzie izolowanym nie ma wpływu jego ruch prostoliniowy względem samego pojęcia odniesienia; prawa opisujące takie zjawiska są takie same w różnych gałęziach fizyki; same procesy będą takie same, jeśli warunki początkowe będą identyczne.

Definicja 2

Zasady wariacyjne to początkowe, podstawowe przepisy mechaniki analitycznej, wyrażone matematycznie w postaci unikalnych relacji wariacyjnych, z których w logicznej konsekwencji wynikają różniczkowe wzory ruchu, a także wszelkiego rodzaju przepisy i prawa mechaniki klasycznej.

W większości przypadków główną cechą, dzięki której można odróżnić ruch rzeczywisty od rozważanej klasy ruchów kinematycznych, jest warunek stacjonarności, który zapewnia niezmienność dalszego opisu.

Rysunek 4. Zasada działania dalekiego zasięgu. Author24 - internetowa wymiana prac studenckich

Pierwszą z zasad wariacyjnych mechaniki klasycznej jest zasada przemieszczeń możliwych lub wirtualnych, która pozwala znaleźć prawidłowe pozycje równowagi dla układu punktów materialnych. Dlatego ten wzór pomaga rozwiązywać złożone problemy statyki.

Kolejna zasada nazywana jest najmniejszym ograniczeniem. Postulat ten zakłada pewien ruch systemu punktów materialnych, bezpośrednio połączonych w sposób chaotyczny i poddawanych wszelkim wpływom otoczenia.

Inną ważną propozycją wariacyjną w mechanice klasycznej jest zasada najprostszej ścieżki, zgodnie z którą dowolny układ swobodny znajduje się w stanie spokojnego lub jednostajnego ruchu wzdłuż określonych linii w porównaniu z innymi łukami dozwolonymi przez relacje i mający wspólny punkt początkowy i styczną w koncepcji.

Zasada działania w mechanice klasycznej

Równania ruchu mechanicznego Newtona można formułować na wiele sposobów. Jednym z nich jest formalizm Lagrange'a, zwany także mechaniką Lagrange'a. Chociaż zasada ta jest całkiem równoważna prawom Newtona w fizyce klasycznej, interpretacja działania lepiej nadaje się do uogólnień wszystkich pojęć i odgrywa ważną rolę we współczesnej nauce. Rzeczywiście, ta zasada jest złożonym uogólnieniem w fizyce.

W szczególności jest to w pełni zrozumiałe w ramach mechaniki kwantowej. Interpretacja mechaniki kwantowej Richarda Feynmana poprzez wykorzystanie całek po trajektoriach opiera się na zasadzie stałej interakcji.

Wiele problemów w fizyce można rozwiązać stosując zasadę działania, która jest w stanie znaleźć najszybszy i najłatwiejszy sposób rozwiązania problemów.

Na przykład światło może znaleźć drogę przez system optyczny, a trajektorię ciała materialnego w polu grawitacyjnym można wykryć przy użyciu tej samej zasady działania.

Symetrie w każdej sytuacji można lepiej zrozumieć, stosując tę koncepcję wraz z równaniami Eulera-Lagrange'a. W mechanice klasycznej właściwy wybór dalszego działania można udowodnić eksperymentalnie na podstawie praw ruchu Newtona. I odwrotnie, z zasady działania, równania Newtona są implementowane w praktyce, z kompetentnym wyborem działania.

Tak więc w mechanice klasycznej zasada działania jest uważana za idealnie równoważną równaniom ruchu Newtona. Zastosowanie tej metody znacznie upraszcza rozwiązywanie równań w fizyce, ponieważ jest to teoria skalarna z aplikacjami i pochodnymi, które stosują rachunek elementarny.