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nach Disziplin: KSE

„Die Newtonsche Mechanik ist die Grundlage der klassischen Naturbeschreibung. Die Hauptaufgabe der Mechanik und die Grenzen ihrer Anwendbarkeit.

Erfüllt

Studentenausweis Nr. 1211

Gruppe Nr. UP4-1-98/2

1. Einleitung.__________________________________________________ 3

2. Newtonsche Mechanik.____________________________________________ 5

2.1. Newtonsche Bewegungsgesetze ________________________________________ 5

2.1.1. Newtons erstes Gesetz.________________________________________________ 6

2.1.2. Newtons zweites Gesetz.________________________________________________ 7

2.1.3. Newtons drittes Gesetz._________________________________________________ 8

2.2. Gesetz Schwere.___________________________________________ 11

2.3. Die Hauptaufgabe der Mechanik. _____________________________________________ 13

2.4. Grenzen der Anwendbarkeit.________________________________________________ 15

3. Fazit ____________________________________ 18

4. Literaturverzeichnis.______________________________________ 20

Newton (1643-1727)

Diese Welt war in tiefe Dunkelheit gehüllt.

Es werde Licht! Und hier kommt Newton.

1. Einleitung.

Der Begriff „Physik“ hat seine Wurzeln in der tiefen Vergangenheit, im Griechischen bedeutet er „Natur“. Die Hauptaufgabe dieser Wissenschaft besteht darin, die "Gesetze" der umgebenden Welt festzulegen. Eines der Hauptwerke von Plato, einem Schüler von Aristoteles, hieß "Physik".

Die Wissenschaft jener Jahre hatte naturphilosophischen Charakter, d.h. davon ausgegangen, dass die direkt beobachteten Bewegungen der Himmelskörper ihre tatsächlichen Bewegungen sind. Daraus wurde auf die zentrale Position der Erde im Universum geschlossen. Dieses System spiegelte einige der Merkmale der Erde als Himmelskörper richtig wider: die Tatsache, dass die Erde eine Kugel ist, dass alles zu ihrem Mittelpunkt hin gravitiert. Somit handelte diese Doktrin tatsächlich von der Erde. Auf dem Niveau seiner Zeit erfüllte es die grundlegenden Anforderungen, die an ihn gestellt wurden wissenschaftliches Wissen. Erstens erklärte es die beobachteten Bewegungen von Himmelskörpern aus einer einheitlichen Sicht und ermöglichte zweitens, ihre zukünftigen Positionen zu berechnen. Gleichzeitig waren die theoretischen Konstruktionen der alten Griechen rein spekulativer Natur – sie waren völlig losgelöst vom Experiment.

Ein solches System existierte bis ins 16. Jahrhundert, bis zum Erscheinen der Lehre des Kopernikus, die in der experimentellen Physik Galileis ihre weitere Begründung erhielt und in der Schöpfung gipfelte Newtonsche Mechanik, die die Bewegung von Himmelskörpern und irdischen Objekten durch einheitliche Bewegungsgesetze vereinte. Es war die größte Revolution in der Naturwissenschaft, die den Beginn der Entwicklung der Wissenschaft im modernen Sinne markierte.

Galileo Galilei glaubte, dass die Welt unendlich und die Materie ewig ist. Bei allen Prozessen wird nichts zerstört oder erzeugt, sondern nur die relative Position von Körpern oder deren Teilen verändert. Materie besteht aus absolut unteilbaren Atomen, ihre Bewegung ist die einzige universelle mechanische Bewegung. Die Himmelskörper sind der Erde ähnlich und gehorchen den gleichen Gesetzen der Mechanik.

Für Newton war es wichtig, mit Hilfe von Experimenten und Beobachtungen die Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts eindeutig herauszufinden und ohne Hypothesen eine auf Induktion basierende Theorie aufzubauen. Er ging davon aus, dass in der Physik als experimenteller Wissenschaft kein Platz für Hypothesen ist. Er erkannte die Unvollkommenheit der induktiven Methode und hielt sie unter anderen für die vorzuziehende.

Sowohl in der Antike als auch im 17. Jahrhundert wurde die Bedeutung des Studiums der Bewegung von Himmelskörpern erkannt. Aber wenn dieses Problem für die alten Griechen eher philosophische Bedeutung hatte, dann überwog im 17. Jahrhundert der praktische Aspekt. Die Entwicklung der Navigation erforderte die Entwicklung genauerer astronomischer Tabellen für Navigationszwecke als für astrologische Zwecke erforderlich. Die Hauptaufgabe bestand darin, den Längengrad zu bestimmen, der für Astronomen und Navigatoren so wichtig ist. Um dieses wichtige praktische Problem zu lösen, wurden die ersten staatlichen Observatorien geschaffen (1672 Paris, 1675 Greenwich). Im Wesentlichen war dies die Aufgabe, die absolute Zeit zu bestimmen, die im Vergleich zu Ortszeit Zeitintervall, das in Längengrade umgerechnet werden könnte. Es war möglich, diese Zeit zu bestimmen, indem man die Bewegungen des Mondes zwischen den Sternen beobachtete, sowie mit Hilfe einer genauen Uhr, die auf die absolute Zeit eingestellt und vom Beobachter gehalten wurde. Für den ersten Fall brauchte man sehr genaue Tabellen, um die Position von Himmelskörpern vorherzusagen, und für den zweiten absolut genaue und zuverlässige Uhrwerke. Die Arbeit in diese Richtungen war nicht erfolgreich. Eine Lösung gelang nur Newton, der dank der Entdeckung des Gravitationsgesetzes und der drei Grundgesetze der Mechanik sowie der Differential- und Integralrechnung der Mechanik den Charakter einer integralen wissenschaftlichen Theorie verlieh.

2. Newtonsche Mechanik.

Höhepunkt wissenschaftliche Kreativität I. Newton ist sein unsterbliches Werk „Mathematical Principles of Natural Philosophy“, das erstmals 1687 veröffentlicht wurde. Darin fasste er die Ergebnisse seiner Vorgänger und seiner eigenen Forschung zusammen und schuf erstmals ein einziges harmonisches System der Erd- und Himmelsmechanik, das die Grundlage der gesamten klassischen Physik bildete. Hier gab Newton Definitionen der anfänglichen Konzepte – die Menge an Materie, äquivalent zu Masse, Dichte; Betrag der Bewegung äquivalent zum Impuls, und verschiedene Sorten Stärke. Als er den Begriff der Stoffmenge formulierte, ging er davon aus, dass Atome aus einem einzigen Urstoff bestehen; Unter Dichte wurde der Grad verstanden, in dem eine Volumeneinheit eines Körpers mit Primärmaterie gefüllt ist. Diese Arbeit skizziert Newtons Lehre von der universellen Gravitation, auf deren Grundlage er die Theorie der Bewegung von Planeten, Satelliten und Kometen entwickelte, die das Sonnensystem bilden. Anhand dieses Gesetzes erklärte er das Phänomen der Gezeiten und die Verdichtung des Jupiter.

Newtons Konzept war die Grundlage für viele technische Fortschritte Für eine lange Zeit. Viele Methoden wurden auf seiner Grundlage gebildet wissenschaftliche Forschung in Diverse Orte Naturwissenschaften.

2.1. Newtonsche Bewegungsgesetze.

Wenn die Kinematik die Bewegung eines geometrischen Körpers untersucht, der keine Eigenschaften eines materiellen Körpers hat, außer der Fähigkeit, einen bestimmten Platz im Raum einzunehmen und diese Position im Laufe der Zeit zu ändern, dann untersucht die Dynamik die Bewegung realer Körper unter der Wirkung der auf sie wirkenden Kräfte. Die drei von Newton aufgestellten Gesetze der Mechanik liegen der Dynamik zugrunde und bilden den Hauptteil der klassischen Mechanik.

Sie können direkt auf den einfachsten Bewegungsfall angewendet werden, wenn der bewegte Körper als materieller Punkt betrachtet wird, d.h. wenn die Größe und Form des Körpers nicht berücksichtigt werden und wenn die Bewegung des Körpers als die Bewegung eines Punktes mit Masse betrachtet wird. In kochendem Wasser können Sie zur Beschreibung der Bewegung eines Punktes ein beliebiges Koordinatensystem wählen, relativ zu dem die diese Bewegung charakterisierenden Größen bestimmt werden. Als Bezugskörper kann jeder Körper herangezogen werden, der sich relativ zu anderen Körpern bewegt. In der Dynamik beschäftigt man sich mit inertialen Koordinatensystemen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sich relativ zu ihnen ein freier materieller Punkt mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.

2.1.1. Newtons erstes Gesetz.

Das Trägheitsgesetz wurde erstmals von Galilei für den Fall der horizontalen Bewegung aufgestellt: Bewegt sich ein Körper entlang einer horizontalen Ebene, dann ist seine Bewegung gleichförmig und würde sich ständig fortsetzen, wenn sich die Ebene im Raum endlos ausdehnen würde. Newton hat das Trägheitsgesetz als erstes Bewegungsgesetz allgemeiner formuliert: Jeder Körper befindet sich in einem Zustand der Ruhe oder gleichförmigen geradlinigen Bewegung, bis die auf ihn einwirkenden Kräfte diesen Zustand ändern.

Im Leben beschreibt dieses Gesetz den Fall, wenn Sie aufhören, einen sich bewegenden Körper zu ziehen oder zu schieben, dann stoppt er und bewegt sich nicht mit konstanter Geschwindigkeit weiter. Also hält das Auto mit ausgeschaltetem Motor an. Nach dem Newtonschen Gesetz muss auf ein rollendes Auto eine Bremskraft durch Trägheit wirken, die in der Praxis aus Luftwiderstand und Reibung besteht Autoreifen auf der Autobahnoberfläche. Sie sagen dem Auto eine negative Beschleunigung, bis es stoppt.

Der Nachteil dieser Gesetzesformulierung besteht darin, dass sie keinen Hinweis auf die Notwendigkeit enthielt, die Bewegung auf ein Trägheitskoordinatensystem zu beziehen. Tatsache ist, dass Newton das Konzept eines Trägheitskoordinatensystems nicht verwendet hat – stattdessen führte er das Konzept des absoluten Raums – homogen und bewegungslos – ein, mit dem er ein bestimmtes absolutes Koordinatensystem verband, relativ zu dem die Geschwindigkeit des Körpers war bestimmt. Als die Leere des absoluten Raumes als absolutes Bezugssystem aufgedeckt wurde, begann man das Trägheitsgesetz anders zu formulieren: Ein freier Körper behält gegenüber dem Trägheitskoordinatensystem einen Ruhezustand oder eine gleichförmige geradlinige Bewegung bei.

2.1.2. Newtons zweites Gesetz.

Bei der Formulierung des zweiten Hauptsatzes führte Newton die Konzepte ein:

Die Beschleunigung ist eine Vektorgröße (Newton nannte sie Impuls und berücksichtigte sie bei der Formulierung der Parallelogrammregel der Geschwindigkeiten), die die Änderungsrate der Geschwindigkeit eines Körpers bestimmt.

Kraft ist eine vektorielle Größe, verstanden als Maß der mechanischen Einwirkung anderer Körper oder Felder auf den Körper, wodurch der Körper eine Beschleunigung erhält oder seine Form und Größe ändert.

Die Körpermasse ist eine physikalische Größe, eine der Haupteigenschaften von Materie, die ihre Trägheits- und Gravitationseigenschaften bestimmt.

Der zweite Hauptsatz der Mechanik besagt: Die auf einen Körper wirkende Kraft ist gleich dem Produkt aus der Masse des Körpers und der durch diese Kraft ausgeübten Beschleunigung. Das ist seine moderne Formulierung. Newton hat es anders formuliert: Die Impulsänderung ist proportional zur wirkenden Kraft und erfolgt in Richtung der Geraden, entlang der diese Kraft wirkt, und ist umgekehrt proportional zur Masse des Körpers oder mathematisch:

Es ist leicht, dieses Gesetz durch Erfahrung zu bestätigen, wenn ein Laufwagen am Ende der Feder befestigt ist und die Feder rechtzeitig freigegeben wird t der Wagen wird den Weg passieren s 1(Abb. 1), dann zwei Wagen an derselben Feder befestigen, d.h. das Körpergewicht verdoppeln und gleichzeitig die Feder loslassen t Sie werden den Weg gehen s2, zweimal kleiner als s 1 .

Auch dieses Gesetz gilt nur in Inertialbezugssystemen. Aus mathematischer Sicht ist der erste Hauptsatz ein Spezialfall des zweiten Hauptsatzes, denn wenn die resultierenden Kräfte Null sind, dann ist auch die Beschleunigung Null. Das erste Newtonsche Gesetz wird jedoch als unabhängiges Gesetz betrachtet, weil er ist es, der die Existenz von Inertialsystemen behauptet.

2.1.3. Newtons drittes Gesetz.

Newtons drittes Gesetz besagt: Es gibt immer eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion auf eine Aktion, ansonsten wirken Körper aufeinander mit Kräften, die entlang einer geraden Linie gerichtet sind, gleich groß und entgegengesetzt in der Richtung oder mathematisch:

Newton erweiterte die Wirkungsweise dieses Gesetzes auf den Fall von Körperstößen und auf den Fall ihrer gegenseitigen Anziehung. Die einfachste Demonstration dieses Gesetzes ist ein Körper, der sich auf einer horizontalen Ebene befindet, auf die die Schwerkraft wirkt Ft und Unterstützungsreaktionskraft F ungefähr, die auf einer geraden Linie liegen, gleich im Wert und entgegengesetzt gerichtet sind, ermöglicht die Gleichheit dieser Kräfte, dass der Körper ruht (Abb. 2).

Konsequenzen ergeben sich aus Newtons drei fundamentalen Bewegungsgesetzen, von denen eines die Impulsaddition nach der Parallelogrammregel ist. Die Beschleunigung eines Körpers hängt von den Größen ab, die die Wirkung anderer Körper auf einen bestimmten Körper charakterisieren, sowie von den Größen, die die Eigenschaften dieses Körpers bestimmen. Die mechanische Einwirkung anderer Körper auf den Körper, die die Bewegungsgeschwindigkeit dieses Körpers verändert, wird als Kraft bezeichnet. Das hat sie vielleicht unterschiedlicher Natur(Schwerkraft, elastische Kraft usw.). Die Geschwindigkeitsänderung eines Körpers hängt nicht von der Art der Kräfte ab, sondern von ihrer Größe. Da Geschwindigkeit und Kraft Vektoren sind, addiert sich die Wirkung mehrerer Kräfte nach der Parallelogrammregel. Die Eigenschaft eines Körpers, von der die von ihm erlangte Beschleunigung abhängt, ist die Trägheit, gemessen an der Masse. In der klassischen Mechanik, die mit viel geringeren Geschwindigkeiten als der Lichtgeschwindigkeit zu tun hat, ist Masse eine Eigenschaft des Körpers selbst, unabhängig davon, ob er sich bewegt oder nicht. Auch die Masse eines Körpers in der klassischen Mechanik hängt nicht von der Wechselwirkung des Körpers mit anderen Körpern ab. Diese Eigenschaft der Masse veranlasste Newton, Masse als Maß für Materie zu akzeptieren und zu glauben, dass ihre Größe die Menge an Materie im Körper bestimmt. So begann man Masse als Menge an Materie zu verstehen.

Die Menge an Materie ist messbar, da sie proportional zum Körpergewicht ist. Gewicht ist die Kraft, mit der ein Körper auf eine Unterlage wirkt, die ihn am freien Fall hindert. Numerisch ist das Gewicht gleich dem Produkt aus der Masse des Körpers und der Erdbeschleunigung. Aufgrund der Kompression der Erde und ihrer täglichen Drehung ändert sich das Körpergewicht mit dem Breitengrad und ist am Äquator um 0,5 % geringer als an den Polen. Da Masse und Gewicht streng proportional sind, stellte sich heraus, dass es möglich war, die Masse oder Menge von Materie praktisch zu messen. Das Verständnis, dass das Gewicht eine variable Wirkung auf den Körper hat, veranlasste Newton, die innere Eigenschaft des Körpers zu etablieren – Trägheit, die er als die dem Körper innewohnende Fähigkeit betrachtete, eine gleichförmige, geradlinige Bewegung proportional zur Masse aufrechtzuerhalten. Die Masse als Trägheitsmaß kann wie Newton mit einer Waage gemessen werden.

Im Zustand der Schwerelosigkeit kann Masse durch Trägheit gemessen werden. Die Trägheitsmessung ist eine gängige Methode zur Massenmessung. Aber Trägheit und Gewicht sind unterschiedliche physikalische Konzepte. Ihre Proportionalität zueinander ist in der Praxis sehr praktisch - zum Messen der Masse mit Hilfe von Waagen. So ermöglichte die Etablierung der Konzepte von Kraft und Masse sowie der Methode ihrer Messung Newton, den zweiten Hauptsatz der Mechanik zu formulieren.

Der erste und der zweite Hauptsatz der Mechanik beziehen sich jeweils auf die Bewegung eines materiellen Punktes oder eines Körpers. In diesem Fall wird nur die Einwirkung anderer Körper auf diesen Körper berücksichtigt. Jede Aktion ist jedoch eine Interaktion. Da in der Mechanik die Wirkung durch Kraft gekennzeichnet ist, wirkt, wenn ein Körper mit einer bestimmten Kraft auf einen anderen einwirkt, der zweite mit der gleichen Kraft auf den ersten, was den dritten Hauptsatz der Mechanik festlegt. In Newtons Formulierung gilt der dritte Hauptsatz der Mechanik nur für den Fall direkter Wechselwirkung von Kräften oder bei augenblicklicher Übertragung der Wirkung eines Körpers auf einen anderen. Bei Übertragung einer Handlung über einen begrenzten Zeitraum findet dieses Gesetz Anwendung, wenn der Zeitpunkt der Übertragung der Handlung vernachlässigbar ist.

2.2. Das Gesetz der universellen Gravitation.

Es wird angenommen, dass der Kern der Newtonschen Dynamik das Konzept der Kraft ist, und die Hauptaufgabe der Dynamik besteht darin, aus einer gegebenen Bewegung ein Gesetz zu erstellen und umgekehrt das Bewegungsgesetz von Körpern gemäß einer gegebenen Kraft zu bestimmen. Aus Keplers Gesetzen leitete Newton die Existenz einer auf die Sonne gerichteten Kraft ab, die umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung der Planeten von der Sonne war. Die Verallgemeinerung der von Kepler, Huygens, Descartes, Borelli, Hooke und Newton geäußerten Ideen gab ihnen die genaue Form eines mathematischen Gesetzes, nach dem die Existenz einer universellen Gravitationskraft in der Natur, die die Anziehungskraft von Körpern bestimmt, bestätigt wurde. Die Schwerkraft ist direkt proportional zum Produkt der Massen von Gravitationskörpern und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen oder mathematisch:

Wobei G die Gravitationskonstante ist.

Dieses Gesetz beschreibt die Wechselwirkung beliebiger Körper - wichtig ist nur, dass der Abstand zwischen den Körpern im Vergleich zu ihrer Größe groß genug ist, damit wir Körper für materielle Punkte halten können. In der Newtonschen Gravitationstheorie wird angenommen, dass die Gravitationskraft sofort und ohne Vermittlung eines Mediums von einem Gravitationskörper auf einen anderen übertragen wird. Das Gesetz der universellen Gravitation hat lange und heftige Diskussionen ausgelöst. Dies war kein Zufall, da dieses Gesetz eine wichtige philosophische Bedeutung hatte. Die Quintessenz war, dass vor Newton das Ziel geschaffen wurde Physikalische Theorien war die Identifizierung und Darstellung des Mechanismus physikalischer Phänomene in all seinen Details. In Fällen, in denen dies nicht möglich war, wurde mit den sogenannten „verborgenen Qualitäten“ argumentiert, die einer detaillierten Interpretation nicht zugänglich sind. Bacon und Descartes erklärten Hinweise auf „verborgene Qualitäten“ für unwissenschaftlich. Descartes glaubte, dass es möglich ist, das Wesen eines Naturphänomens nur zu verstehen, wenn man es sich visuell vorstellt. So stellte er die Phänomene der Schwerkraft mit Hilfe von ätherischen Wirbeln dar. Im Zusammenhang mit der weit verbreiteten Verwendung solcher Ideen wurde das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation, obwohl es die Übereinstimmung der auf seiner Grundlage gemachten astronomischen Beobachtungen mit beispielloser Genauigkeit bewies, mit der Begründung in Frage gestellt gegenseitige Anziehung Körper erinnerte sehr an die peripatetische Doktrin der „verborgenen Qualitäten“. Und obwohl Newton ihre Existenz auf der Grundlage mathematischer Analysen und experimenteller Daten nachgewiesen hat, hat sich die mathematische Analyse in den Köpfen der Forscher noch nicht als ausreichend zuverlässige Methode etabliert. Aber der Wunsch, die physikalische Forschung auf Tatsachen zu beschränken, die keinen Anspruch auf absolute Wahrheit erheben, ermöglichte es Newton, die Formation der Physik als unabhängige Wissenschaft zu vollenden und sie von der Naturphilosophie mit ihrem Anspruch auf absolute Erkenntnis zu trennen.

Im Gesetz der universellen Gravitation erhielt die Wissenschaft ein Beispiel für das Naturgesetz als eine absolut präzise, überall und ausnahmslos geltende Regel mit genau definierten Folgen. Dieses Gesetz wurde von Kant in seine Philosophie aufgenommen, wo die Natur als das Reich der Notwendigkeit im Gegensatz zur Moral dargestellt wurde – das Reich der Freiheit.

Newtons physikalisches Konzept war eine Art Krönung der Physik des 17. Jahrhunderts. Die statische Herangehensweise an das Universum wurde durch eine dynamische ersetzt. Die experimentell-mathematische Forschungsmethode, die es ermöglichte, viele Probleme der Physik des 17. Jahrhunderts zu lösen, erwies sich für weitere zwei Jahrhunderte als geeignet, um physikalische Probleme zu lösen.

2.3. Die Hauptaufgabe der Mechanik.

Das Ergebnis der Entwicklung der klassischen Mechanik war die Schaffung eines einheitlichen mechanischen Weltbildes, innerhalb dessen die gesamte qualitative Vielfalt der Welt durch Unterschiede in der Bewegung der Körper erklärt wurde, die den Gesetzen der Newtonschen Mechanik unterworfen waren. Wenn nach dem mechanischen Weltbild das physikalische Phänomen der Welt auf der Grundlage der Gesetze der Mechanik erklärt werden konnte, dann wurde eine solche Erklärung als wissenschaftlich anerkannt. Die Newtonsche Mechanik wurde damit zur Grundlage des mechanischen Weltbildes, das bis zur wissenschaftlichen Revolution an der Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert dominierte.

Die Newtonsche Mechanik ermöglichte im Gegensatz zu früheren mechanischen Konzepten die Lösung des Problems jeder Bewegungsstufe, sowohl der vorangehenden als auch der nachfolgenden, und an jedem Punkt im Raum, wann bekannte Tatsachen die diese Bewegung bestimmen, sowie das umgekehrte Problem der Bestimmung der Größe und Richtung dieser Faktoren an jedem Punkt mit bekannten Grundelementen der Bewegung. Dank dessen konnte die Newtonsche Mechanik als Methode der quantitativen Analyse verwendet werden. mechanische Bewegung. Alle physikalischen Phänomene könnten untersucht werden, unabhängig von den Faktoren, die sie verursachen. Sie können zum Beispiel die Geschwindigkeit eines Erdsatelliten berechnen: Lassen Sie uns der Einfachheit halber die Geschwindigkeit eines Satelliten mit einer Umlaufbahn gleich dem Erdradius finden (Abb. 3). Mit hinreichender Genauigkeit können wir die Beschleunigung des Satelliten mit der Beschleunigung des freien Falls auf der Erdoberfläche gleichsetzen:

Andererseits die Zentripetalbeschleunigung des Satelliten.

wo . - Diese Geschwindigkeit wird die erste genannt Raumgeschwindigkeit. Ein Körper beliebiger Masse, dem eine solche Geschwindigkeit mitgeteilt wird, wird zu einem Satelliten der Erde.

Die Gesetze der Newtonschen Mechanik verbanden Kraft nicht mit Bewegung, sondern mit einer Bewegungsänderung. Dies ermöglichte es, die traditionelle Vorstellung aufzugeben, dass Kraft erforderlich ist, um die Bewegung aufrechtzuerhalten, und die Reibung, die bei der Betätigung von Mechanismen zur Aufrechterhaltung der Bewegung Kraft erforderlich machte, auf eine untergeordnete Rolle umzuleiten. Nachdem Newton ein dynamisches Weltbild anstelle des traditionellen statischen etabliert hatte, machte er seine Dynamik zur Grundlage der theoretischen Physik. Obwohl Newton in seinen mechanischen Interpretationen vorsichtig war Naturphänomen, hielt es dennoch für wünschenswert, andere Naturphänomene aus den Prinzipien der Mechanik abzuleiten. Die Weiterentwicklung der Physik begann in Richtung der Weiterentwicklung des Apparates der Mechanik in Bezug auf die Lösung spezifischer Probleme, da sie gelöst wurden, wurde das mechanische Weltbild gestärkt.

2.4. Grenzen der Anwendbarkeit.

Durch die Entwicklung der Physik zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde der Geltungsbereich der klassischen Mechanik bestimmt: Ihre Gesetze gelten für Bewegungen, deren Geschwindigkeit weit unter der Lichtgeschwindigkeit liegt. Es wurde festgestellt, dass mit zunehmender Geschwindigkeit das Körpergewicht zunimmt. Im Allgemeinen gelten für den Fall von Inertialbezugssystemen die Newtonschen Gesetze der klassischen Mechanik. Anders verhält es sich bei nicht inertialen Bezugssystemen. Bei beschleunigter Bewegung eines nicht-inertialen Koordinatensystems relativ zu einem Inertialsystem tritt das erste Newtonsche Gesetz (das Trägheitsgesetz) in diesem System nicht auf - freie Körper darin ändern ihre Bewegungsgeschwindigkeit im Laufe der Zeit.

Die erste Ungereimtheit in der klassischen Mechanik wurde bei der Entdeckung der Mikrowelt aufgedeckt. In der klassischen Mechanik wurden Verschiebungen im Raum und die Geschwindigkeitsbestimmung untersucht, unabhängig davon, wie diese Verschiebungen realisiert wurden. Im Hinblick auf die Phänomene der Mikrowelt ist eine solche Situation, wie sich herausstellte, prinzipiell unmöglich. Hier ist die der Kinematik zugrunde liegende raumzeitliche Lokalisierung nur für einige Sonderfälle möglich, die von den spezifischen dynamischen Bewegungsverhältnissen abhängen. Auf einer Makroskala ist die Verwendung von Kinematik durchaus akzeptabel. Für Mikrowaagen, wo Hauptrolle zu den Quanten gehört, verliert die Kinematik, die Bewegung unabhängig von dynamischen Bedingungen untersucht, ihre Bedeutung.

Für die Skalen der Mikrowelt hat sich Newtons zweites Gesetz als unhaltbar erwiesen – es gilt nur für großräumige Phänomene. Es stellte sich heraus, dass Versuche, irgendeine das untersuchte System charakterisierende Größe zu messen, eine unkontrollierte Änderung anderer charakterisierender Größen nach sich ziehen dieses System: Wird versucht, eine Position in Raum und Zeit festzulegen, so führt dies zu einer unkontrollierten Änderung des entsprechenden konjugierten Werts, der den dynamischen Zustand des Systems bestimmt. Somit ist es unmöglich, zwei zueinander konjugierte Größen gleichzeitig genau zu messen. Je genauer der Wert einer das System charakterisierenden Größe bestimmt wird, desto unsicherer ist der Wert ihrer konjugierten Größe. Dieser Umstand führte zu einem erheblichen Wandel der Auffassungen über das Wesen der Dinge.

Die Diskrepanz in der klassischen Mechanik ging davon aus, dass die Zukunft in in gewissem Sinne ist vollständig in der Gegenwart enthalten - dies bestimmt die Möglichkeit, das Verhalten des Systems zu jedem zukünftigen Zeitpunkt genau vorherzusagen. Diese Möglichkeit bietet die gleichzeitige Bestimmung zueinander konjugierter Größen. Im Bereich der Mikrowelt hat sich dies als unmöglich erwiesen, was erhebliche Veränderungen im Verständnis der Möglichkeiten der Vorausschau und des Zusammenhangs von Naturphänomenen mit sich bringt: Da der Wert der den Zustand des Systems charakterisierenden Größen zu einem bestimmten Zeitpunkt in Zeit nur mit einer gewissen Unsicherheit bestimmt werden kann, dann ist die Möglichkeit ausgeschlossen, die Werte dieser Größen in Folgeperioden genau vorherzusagen Zeitpunkte, d.h. man kann nur die Wahrscheinlichkeit vorhersagen, bestimmte Werte zu erhalten.

Eine weitere Entdeckung, die die Grundlagen der klassischen Mechanik erschütterte, war die Entstehung der Feldtheorie. Die klassische Mechanik versuchte, alle Naturphänomene auf die zwischen den Materieteilchen wirkenden Kräfte zu reduzieren – darauf basierte das Konzept der elektrischen Flüssigkeiten. Im Rahmen dieses Konzepts waren nur die Substanz und ihre Veränderungen real - hier wurde die Beschreibung der Wirkung zweier elektrischer Ladungen mit Hilfe der damit verbundenen Konzepte als das Wichtigste erkannt. Die Beschreibung des Feldes zwischen diesen Ladungen und nicht der Ladungen selbst war für das Verständnis der Wirkung der Ladungen sehr wesentlich. Hier ist ein einfaches Beispiel für die Verletzung des dritten Newtonschen Gesetzes unter solchen Bedingungen: Wenn sich ein geladenes Teilchen von einem Leiter entfernt, durch den Strom fließt, und dementsprechend ein Magnetfeld um es herum erzeugt wird, dann wirkt die resultierende Kraft vom geladenen Teilchen auf die Leiter mit Strom ist genau Null.

Erstellt neue Realität es gab keinen Platz im mechanischen Bild der Welt. Infolgedessen begann sich die Physik mit zwei Realitäten zu befassen - Materie und Feld. Basierte die klassische Physik auf dem Materiebegriff, so musste mit der Offenbarung einer neuen Realität das physikalische Weltbild revidiert werden. Versuche, elektromagnetische Phänomene mit Hilfe des Äthers zu erklären, erwiesen sich als unhaltbar. Der Äther wurde experimentell nicht gefunden. Dies führte zur Entstehung der Relativitätstheorie, die uns zwang, die für die klassische Physik charakteristischen Vorstellungen von Raum und Zeit zu überdenken. So wurden zwei Konzepte – die Quantentheorie und die Relativitätstheorie – zur Grundlage für neue physikalische Konzepte.

3. Fazit.

Der Beitrag von Newton zur Entwicklung der Naturwissenschaften bestand darin, dass er eine mathematische Methode angab, um physikalische Gesetze in quantitativ messbare Ergebnisse umzuwandeln, die durch Beobachtungen bestätigt und umgekehrt abgeleitet werden konnten physikalische Gesetze auf der Grundlage solcher Beobachtungen. Wie er selbst im Vorwort zu den „Prinzipien“ schrieb: „… stellen wir diese Arbeit als mathematische Grundlage der Physik dar. Die ganze Schwierigkeit der Physik … liegt darin, die Naturkräfte an den Bewegungserscheinungen zu erkennen, und dann diese Kräfte verwenden, um den Rest der Phänomene zu erklären ... Es wäre wünschenswert, den Rest der Naturphänomene aus den Prinzipien der Mechanik abzuleiten und auf ähnliche Weise zu argumentieren, denn viele Dinge lassen mich annehmen, dass alle diese Phänomene sind bestimmt durch gewisse Kräfte, mit denen die Teilchen von Körpern aus noch unbekannten Gründen zueinander tendieren oder sich aneinander klammern und sich in regelmäßige Figuren spalten oder sich gegenseitig abstoßen und voneinander entfernen.Da diese Kräfte unbekannt sind, wurden bisher die Versuche der Philosophen unternommen Naturphänomene zu erklären, blieben fruchtlos. Ich hoffe jedoch, dass entweder diese oder eine andere, richtigere Begründung der hier dargelegten Gründe einige Erleuchtung bringen wird.“

Die Newtonsche Methode ist zum wichtigsten Werkzeug zum Verständnis der Natur geworden. Die Gesetze der klassischen Mechanik und Methoden der mathematischen Analyse zeigten ihre Wirksamkeit. Das physikalische Experiment, das sich auf Messtechnik stützte, gewährleistete eine beispiellose Genauigkeit. Physikalisches Wissen wurde zunehmend zur Grundlage der industriellen Technologie und Technologie, stimulierte die Entwicklung anderer Naturwissenschaften. In der Physik wurden bisher isoliertes Licht, Elektrizität, Magnetismus und Wärme in der elektromagnetischen Theorie vereint. Und obwohl die Natur der Schwerkraft ungeklärt blieb, konnten ihre Auswirkungen berechnet werden. Das Konzept des mechanistischen Determinismus von Laplace wurde entwickelt, basierend auf der Möglichkeit, das Verhalten des Systems bei bekannten Anfangsbedingungen jederzeit eindeutig zu bestimmen. Die Struktur der Mechanik als Wissenschaft erschien solide, zuverlässig und fast vollständig - d.h. Die Phänomene, die nicht in die bestehenden klassischen Kanons passten und mit denen man sich auseinandersetzen musste, schienen in Zukunft für anspruchsvollere Köpfe vom Standpunkt der klassischen Mechanik aus durchaus erklärbar. Man hatte den Eindruck, dass die Kenntnis der Physik ihrer vollständigen Vollendung nahe war – eine solch gewaltige Kraft demonstrierte die Grundlage der klassischen Physik.

4. Referenzliste.

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2. Newton und philosophische Probleme der Physik des 20. Jahrhunderts. Ein Autorenteam, hg. MD Akhundova, S.V. Illarionov. M.: Nauka, 1991.

3. Gursky I.P. Elementare Physik. Moskau: Nauka, 1984.

4. Große sowjetische Enzyklopädie in 30 Bänden. Ed. Prokhorova A.M., 3. Auflage, M., Sowjetische Enzyklopädie, 1970.

5. Dorfman Ya.G. Weltgeschichte der Physik mit frühes XIX bis Mitte des 20. Jahrhunderts. M., 1979.

S. Marshak, Op. in 4 Bänden, Moskau, Goslitizdat, 1959, v. 3, p. 601

Zit. Zitiert nach: Bernal J. Wissenschaft in der Geschichte der Gesellschaft. M., 1956.S.265

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klassische Mechanik- eine Art Mechanik (ein Bereich der Physik, der die Gesetze der Änderung der Position von Körpern im Raum im Laufe der Zeit und die Ursachen dafür untersucht), basierend auf den Newtonschen Gesetzen und dem Relativitätsprinzip von Galileo. Daher wird es oft genannt Newtonsche Mechanik».

Die klassische Mechanik ist unterteilt in:

Statik (die das Gleichgewicht von Körpern berücksichtigt)

Kinematik (die studiert geometrische Eigenschaft Bewegung ohne Berücksichtigung ihrer Ursachen)

Dynamik (die die Bewegung von Körpern berücksichtigt).

Die klassische Mechanik liefert sehr genaue Ergebnisse, wenn ihre Anwendung auf Körper beschränkt ist, deren Geschwindigkeit viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist und deren Abmessungen viel größer sind als die Abmessungen von Atomen und Molekülen. Relativistische Mechanik ist eine Verallgemeinerung der klassischen Mechanik für Körper, die sich mit beliebiger Geschwindigkeit bewegen, und der Quantenmechanik für Körper, deren Abmessungen mit atomaren vergleichbar sind.Die Quantenfeldtheorie berücksichtigt quantenrelativistische Effekte.

Trotzdem behält die klassische Mechanik ihren Wert, weil:

sie ist viel einfacher zu verstehen und anzuwenden als andere Theorien

in einem weiten Bereich beschreibt es die Realität recht gut.

Die klassische Mechanik kann verwendet werden, um die Bewegung von Objekten wie Tops und Baseballs, vielen astronomischen Objekten (wie Planeten und Galaxien) und manchmal sogar vielen mikroskopischen Objekten wie Molekülen zu beschreiben.

Die klassische Mechanik ist eine in sich widerspruchsfreie Theorie, das heißt, in ihrem Rahmen gibt es keine Aussagen, die einander widersprechen. Ihre Kombination mit anderen klassischen Theorien, wie der klassischen Elektrodynamik und Thermodynamik, führt jedoch zu unlösbaren Widersprüchen. Insbesondere sagt die klassische Elektrodynamik voraus, dass die Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter konstant ist, was mit der klassischen Mechanik nicht vereinbar ist. Dies führte zu Beginn des 20. Jahrhunderts zu der Notwendigkeit, eine spezielle Relativitätstheorie zu schaffen. Zusammen mit der Thermodynamik betrachtet, führt die klassische Mechanik zum Gibbs-Paradoxon, bei dem es unmöglich ist, den Wert der Entropie genau zu bestimmen, und zur UV-Katastrophe, bei der absolut schwarzer Körper muss unendlich viel Energie ausstrahlen. Versuche, diese Probleme zu lösen, führten zur Entstehung und Entwicklung der Quantenmechanik.

10 Ticket MECHANISCHES BILD DER WELT THERMODYNAMIK

Thermodynamik(griechisch θέρμη – „Wärme“, δύναμις – „Kraft“) – ein Zweig der Physik, der die Beziehungen und Umwandlungen von Wärme und anderen Energieformen untersucht. Die chemische Thermodynamik, die physikalische und chemische Umwandlungen untersucht, die mit der Freisetzung oder Aufnahme von Wärme verbunden sind, sowie die Wärmetechnik haben sich in separate Disziplinen getrennt.

In der Thermodynamik hat man es nicht mit einzelnen Molekülen zu tun, sondern mit makroskopischen Körpern, die aus einer Vielzahl von Teilchen bestehen. Diese Körper nennt man thermodynamische Systeme. In der Thermodynamik werden thermische Phänomene durch makroskopische Größen beschrieben - Druck, Temperatur, Volumen, ..., die auf einzelne Moleküle und Atome nicht anwendbar sind.

In der theoretischen Physik wird neben der phänomenologischen Thermodynamik, die sich mit der Phänomenologie thermischer Prozesse befasst, die statistische Thermodynamik unterschieden, die zur mechanischen Begründung der Thermodynamik geschaffen wurde und eines der ersten Teilgebiete der statistischen Physik war.

Die Thermodynamik kann auf eine Vielzahl von Themen in Wissenschaft und Technik angewendet werden, darunter Motoren, Phasenübergänge, chemische Reaktionen, Transportphänomene und sogar Schwarze Löcher. Die Thermodynamik ist wichtig für andere Bereiche der Physik und Chemie, der chemischen Verfahrenstechnik, der Luft- und Raumfahrttechnik, des Maschinenbaus, der Zellbiologie, der biomedizinischen Technik, der Materialwissenschaften und ist in anderen Bereichen wie der Wirtschaftswissenschaft nützlich [

11 Ticket ELEKTRODYNAMIK

Elektrodynamik- ein Bereich der Physik, der das elektromagnetische Feld im allgemeinsten Fall (d. h. es werden zeitabhängige variable Felder betrachtet) und seine Wechselwirkung mit elektrisch geladenen Körpern (elektromagnetische Wechselwirkung) untersucht. Das Fach Elektrodynamik umfasst den Zusammenhang zwischen elektrischen und magnetischen Phänomenen, elektromagnetische Strahlung (in unterschiedliche Bedingungen, sowohl frei als auch in verschiedenen Fällen der Wechselwirkung mit Materie), elektrischer Strom (im Allgemeinen Wechsel) und seine Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld (elektrischer Strom kann in diesem Fall als eine Menge sich bewegender geladener Teilchen betrachtet werden). Jede elektrische und magnetische Wechselwirkung zwischen geladenen Körpern wird in der modernen Physik als durch das elektromagnetische Feld durchgeführt angesehen und ist daher auch Gegenstand der Elektrodynamik.

Meistens unter dem Begriff Elektrodynamik die Voreinstellung ist klassisch Elektrodynamik, die nur die kontinuierlichen Eigenschaften eines elektromagnetischen Feldes durch ein System von Maxwell-Gleichungen beschreibt; um die moderne Quantentheorie der Elektro zu bezeichnen Magnetfeld und seine Wechselwirkungen mit geladenen Teilchen wird allgemein der stabile Begriff verwendet Quantenelektrodynamik.

12 Ticket KONZEPT DER SYMMETRIE IN DER NATURWISSENSCHAFT

Theorem von Emmy Noether behauptet, dass jede kontinuierliche Symmetrie eines physikalischen Systems einem bestimmten Erhaltungssatz entspricht. So entspricht der Energieerhaltungssatz der Homogenität der Zeit, der Impulserhaltungssatz der Raumhomogenität, der Drehimpulserhaltungssatz der Raumisotropie, der Ladungserhaltungssatz der Eichsymmetrie , etc.

Der Satz wird normalerweise für Systeme mit einem Aktionsfunktional formuliert und drückt die Invarianz der Lagrange-Funktion in Bezug auf eine kontinuierliche Gruppe von Transformationen aus.

Der Satz wurde in den Arbeiten der Wissenschaftler der Göttinger Schule D. Gilbert, F. KleinaiE. Noether. Die gebräuchlichste Formulierung wurde 1918 von Emmy Noether bewiesen.

Symmetrietypen in Mathematik und Naturwissenschaften:

bilaterale Symmetrie - Symmetrie in Bezug auf Spiegelreflexion. (Bilaterale Symmetrie)

Symmetrie n-ter Ordnung - Symmetrie in Bezug auf Drehungen um einen Winkel von 360 ° / n um eine beliebige Achse. Beschrieben durch die Gruppe Z n .

Achsensymmetrie (Radialsymmetrie, Strahlensymmetrie) - Symmetrie bezüglich Drehungen um einen beliebigen Winkel um eine Achse. Beschrieben von der SO(2)-Gruppe.

sphärische Symmetrie - Symmetrie in Bezug auf Drehungen im dreidimensionalen Raum um beliebige Winkel. Beschrieben von der SO(3)-Gruppe. Die lokale sphärische Symmetrie des Raums oder Mediums wird auch als Isotropie bezeichnet.

Rotationssymmetrie ist eine Verallgemeinerung der beiden vorherigen Symmetrien.

Translationssymmetrie - Symmetrie in Bezug auf Raumverschiebungen in eine beliebige Richtung um eine bestimmte Entfernung.

Lorentz-Invarianz - Symmetrie bezüglich willkürlicher Drehungen in Minkowskis Raumzeit.

Eichinvarianz ist die Unabhängigkeit des Gleichungstyps von Eichtheorien in der Quantenfeldtheorie (insbesondere Yang-Mills-Theorien) unter Eichtransformationen.

Supersymmetrie - die Symmetrie der Theorie in Bezug auf den Ersatz von Bosonen durch Fermionen.

höhere Symmetrie - Symmetrie in der Gruppenanalyse.

Kainosymmetrie ist ein Phänomen der elektronischen Konfiguration (der Begriff wurde von S. A. Shchukarev eingeführt, der sie entdeckte), das die sekundäre Periodizität bestimmt (entdeckt von E. V. Biron).

13 Ticket-Service-Station

Spezielle Relativitätstheorie(EINHUNDERT; Auch Private Relativitätstheorie) ist eine Theorie, die Bewegung, Gesetze der Mechanik, Raum-Zeit-Beziehungen bei beliebigen Bewegungsgeschwindigkeiten beschreibt, die kleiner als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum sind, einschließlich solcher, die nahe der Lichtgeschwindigkeit liegen. Im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie ist Newtons klassische Mechanik eine Annäherung an niedrige Geschwindigkeiten. Die Verallgemeinerung der SRT für Gravitationsfelder wird als allgemeine Relativitätstheorie bezeichnet.

Die Abweichungen im Ablauf physikalischer Prozesse von den Vorhersagen der klassischen Mechanik werden durch die spezielle Relativitätstheorie beschrieben relativistische Effekte, und die Raten, bei denen solche Effekte signifikant werden relativistische Geschwindigkeiten.

14 OTO-Ticket

Allgemeine Relativitätstheorie(generelle Relativität; es. Allgemeine Relativitätstheorie) ist eine geometrische Gravitationstheorie, die die spezielle Relativitätstheorie (SRT) entwickelt, die 1915-1916 von Albert Einstein veröffentlicht wurde. Im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie wird, wie auch in anderen metrischen Theorien, postuliert, dass Gravitationseffekte auf nicht-kraftbedingte Wechselwirkungen von in der Raumzeit befindlichen Körpern und Feldern zurückzuführen sind, sondern auf die Verformung der Raumzeit selbst, die ist insbesondere mit dem Vorhandensein von Masse-Energie verbunden. Die Allgemeine Relativitätstheorie unterscheidet sich von anderen metrischen Gravitationstheorien dadurch, dass sie Einsteins Gleichungen verwendet, um die Krümmung der Raumzeit mit der darin vorhandenen Materie in Beziehung zu setzen.

Die Allgemeine Relativitätstheorie ist derzeit die erfolgreichste Gravitationstheorie, gut gestützt durch Beobachtungen. Der erste Erfolg der Allgemeinen Relativitätstheorie bestand darin, die anomale Präzession des Merkurperihels zu erklären. Dann, im Jahr 1919, berichtete Arthur Eddington über die Beobachtung der Lichtablenkung in der Nähe der Sonne zum Zeitpunkt einer totalen Sonnenfinsternis, was qualitativ und quantitativ die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie bestätigte. Seitdem haben viele andere Beobachtungen und Experimente eine beträchtliche Anzahl der Vorhersagen der Theorie bestätigt, darunter die gravitative Zeitdilatation, die gravitative Rotverschiebung, die Signalverzögerung in einem Gravitationsfeld und, bisher nur indirekt, die Gravitationsstrahlung. Darüber hinaus werden zahlreiche Beobachtungen als Bestätigung einer der mysteriösesten und exotischsten Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie interpretiert - der Existenz von Schwarzen Löchern.

Trotz des überwältigenden Erfolgs der Allgemeinen Relativitätstheorie herrscht in der Wissenschaftsgemeinde Unbehagen, das einerseits damit zusammenhängt, dass sie nicht als klassische Grenze der Quantentheorie umformuliert werden kann, und andererseits damit, dass die Theorie selbst darauf hinweist die Grenzen seiner Anwendbarkeit, da es das Auftreten von nicht behebbaren physikalischen Divergenzen bei der Betrachtung von Schwarzen Löchern und allgemein von Raum-Zeit-Singularitäten vorhersagt. Um diese Probleme zu lösen, wurde eine Reihe alternativer Theorien vorgeschlagen, von denen einige ebenfalls Quantentheorien sind. Aktuelle experimentelle Beweise deuten jedoch darauf hin, dass jede Art von Abweichung von der Allgemeinen Relativitätstheorie sehr gering sein sollte, wenn sie überhaupt existiert.

15 Ticket ERWEITERUNG DES UNIVERSUMS. HUBBLE LAW

Expansion des Universums- ein Phänomen, das in einer fast gleichmäßigen und isotropen Ausdehnung des Weltraums im Maßstab des gesamten Universums besteht. Experimentell wird die Expansion des Universums in Form der Umsetzung des Hubble-Gesetzes beobachtet. Die Wissenschaft betrachtet den sogenannten Urknall als Beginn der Expansion des Universums. Theoretisch wurde das Phänomen von A. Friedman in einem frühen Stadium der Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie aus allgemeinen philosophischen Überlegungen über die Homogenität und Isotropie des Universums.

Hubble-Gesetz(das Gesetz der allgemeinen Rezession von Galaxien) ist ein empirisches Gesetz, das die Rotverschiebung der Galaxie linear mit der Entfernung zu ihr in Beziehung setzt:

wo z- Rotverschiebung der Galaxie D- Abstand dazu H 0 ist ein Proportionalitätsfaktor, genannt Hubble-Konstante. Mit kleinem Wert z die ungefähre Gleichheit gilt cz=V r, wo v r ist die Geschwindigkeit der Galaxie entlang der Sichtlinie des Beobachters, c- die Lichtgeschwindigkeit. In diesem Fall nimmt das Gesetz die klassische Form an:

Dieses Zeitalter ist die charakteristische Zeit für die Expansion des Universums dieser Moment und entspricht bis zu einem Faktor von 2 dem nach dem kosmologischen Standardmodell von Friedman berechneten Alter des Universums.

16 Ticket FRIEDMAN MODELL EINZIGARTIGKEIT

Friedmans Universum(Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker-Metrik) ist eines der kosmologischen Modelle, das die Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie erfüllt, das erste der nichtstationären Modelle des Universums. Erhalten von Alexander Fridman im Jahr 1922. Das Friedman-Modell beschreibt eine homogene Isotrope nicht stationär Ein Universum mit Materie, die eine positive, null oder negative konstante Krümmung hat. Diese Arbeit des Wissenschaftlers wurde zur Hauptsache theoretische Entwicklung Allgemeine Relativitätstheorie nach der Arbeit von Einstein 1915-1917.

gravitative Singularität- der Bereich der Raumzeit, durch den es unmöglich ist, die geodätische Linie fortzusetzen. Oft geht darin die Krümmung des Raum-Zeit-Kontinuums ins Unendliche, oder die Metrik hat andere pathologische Eigenschaften, die keine physikalische Interpretation zulassen (z. Kosmologische Singularität- der Zustand des Universums im Anfangsmoment des Urknalls, gekennzeichnet durch eine unendliche Dichte und Temperatur der Materie);

17 Ticket URKNALLTHEORIE RELIKTSTRAHLUNG

Relikte Strahlung(oder kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung aus dem Englischen kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung) - kosmische elektromagnetische Strahlung mit hohem Isotropiegrad und einem Spektrum, das für einen absolut schwarzen Körper mit einer Temperatur von 2,725 K charakteristisch ist.

Die Existenz des CMB wurde theoretisch im Rahmen der Urknalltheorie vorhergesagt. Obwohl viele Aspekte der ursprünglichen Urknalltheorie inzwischen überarbeitet wurden, haben sich die Grundlagen, die es ermöglichten, die Temperatur des CMB vorherzusagen, nicht geändert. Es wird angenommen, dass die Reliktstrahlung aus den Anfangsstadien der Existenz des Universums erhalten geblieben ist und es gleichmäßig ausfüllt. Seine Existenz wurde 1965 experimentell bestätigt. Neben der kosmologischen Rotverschiebung gilt die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung als eine der Hauptbestätigungen der Urknalltheorie.

Urknall(Englisch) Urknall) ist ein kosmologisches Modell, das die frühe Entwicklung des Universums beschreibt, nämlich den Beginn der Expansion des Universums, vor dem sich das Universum in einem singulären Zustand befand.

Normalerweise kombinieren die Theorie des Urknalls und das Modell des heißen Universums jetzt automatisch, aber diese Konzepte sind unabhängig und historisch gab es auch ein Konzept eines kalten Anfangsuniversums in der Nähe des Urknalls. Es ist die Kombination der Urknalltheorie mit der Theorie des heißen Universums, gestützt durch die Existenz kosmischer Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die weiter betrachtet wird.

18 Ticket SPACE VACUUM

Vakuum(rel. Vakuum- Leere) - Raum frei von Materie. In den Ingenieurwissenschaften und der angewandten Physik wird Vakuum als ein Medium verstanden, das Gas bei Drücken weit unter dem atmosphärischen Druck enthält. Vakuum wird durch das Verhältnis zwischen der mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle λ und der charakteristischen Größe des Mediums charakterisiert d. Unter d der Abstand zwischen den Wänden der Vakuumkammer, der Durchmesser der Vakuumleitung usw. Je nach Wert des Verhältnisses λ / d unterscheiden zwischen Grob- (), Fein- () und Hoch- () vakuum.

Es ist notwendig, zwischen Begriffen zu unterscheiden physikalisches Vakuum und technisches Vakuum.

19 Ticket QUANTUM MECHANIK

Quantenmechanik- ein Abschnitt der theoretischen Physik, der physikalische Phänomene beschreibt, bei denen die Wirkung in ihrer Größe mit der Planckschen Konstante vergleichbar ist. Die Vorhersagen der Quantenmechanik können erheblich von den Vorhersagen der klassischen Mechanik abweichen. Da die Plancksche Konstante im Vergleich zur Wirkung von Alltagsgegenständen eine extrem kleine Größe ist, Quanteneffekte treten meist nur im mikroskopischen Maßstab auf. Wenn die physikalische Wirkung des Systems viel größer ist als die Plancksche Konstante, geht die Quantenmechanik organisch in die klassische Mechanik über. Die Quantenmechanik wiederum ist eine nicht-relativistische Annäherung (d. h. eine Annäherung kleiner Energien im Vergleich zur Ruheenergie der massiven Teilchen des Systems) der Quantenfeldtheorie.

Die klassische Mechanik, die Systeme makroskopischer Skalen gut beschreibt, ist nicht in der Lage, Phänomene auf der Ebene von Atomen, Molekülen, Elektronen und Photonen zu beschreiben. Quantenmechanik beschreibt die grundlegenden Eigenschaften und das Verhalten von Atomen, Ionen, Molekülen, kondensierter Materie und anderen Systemen mit einer Elektron-Kern-Struktur angemessen. Die Quantenmechanik ist auch in der Lage, das Verhalten von Elektronen, Photonen und anderen Elementarteilchen zu beschreiben, aber eine genauere relativistisch invariante Beschreibung von Transformationen von Elementarteilchen wird im Rahmen der Quantenfeldtheorie aufgebaut. Experimente bestätigen die mit Hilfe der Quantenmechanik gewonnenen Ergebnisse.

Die grundlegenden Konzepte der Quantenkinematik sind die Konzepte einer Observable und eines Zustands.

Die Grundgleichungen der Quantendynamik sind die Schrödinger-Gleichung, die von Neumann-Gleichung, die Lindblad-Gleichung, die Heisenberg-Gleichung und die Pauli-Gleichung.

Die Gleichungen der Quantenmechanik sind eng mit vielen Zweigen der Mathematik verbunden, darunter: Operatortheorie, Wahrscheinlichkeitstheorie, Funktionsanalyse, Operatoralgebren, Gruppentheorie.

Völlig schwarzer Körper- physikalische Idealisierung aus der Thermodynamik, ein Körper, der alle auf ihn einfallende elektromagnetische Strahlung in allen Bereichen absorbiert und nichts reflektiert. Trotz des Namens kann ein schwarzer Körper selbst elektromagnetische Strahlung beliebiger Frequenz aussenden und optisch eine Farbe haben.Das Strahlungsspektrum eines schwarzen Körpers wird nur durch seine Temperatur bestimmt.

Die Bedeutung eines schwarzen Körpers in der Frage des Spektrums Wärmestrahlung von beliebigen (grauen und farbigen) Körpern im Allgemeinen, neben der Tatsache, dass es sich um den einfachsten nicht-trivialen Fall handelt, besteht es auch darin, dass die Frage nach dem Spektrum der Gleichgewichtswärmestrahlung von Körpern beliebiger Farbe und dem Reflexionskoeffizienten besteht mit den Methoden der klassischen Thermodynamik auf die Frage der Abstrahlung von absolut Schwarz reduziert (und das ist historisch schon geschehen spätes XIX Jahrhundert, als das Problem der Schwarzkörperstrahlung aufkam).

Die schwärzesten realen Substanzen, zB Ruß, absorbieren im sichtbaren Wellenlängenbereich bis zu 99 % der einfallenden Strahlung (d. h. sie haben eine Albedo von 0,01), aber viel schlechter absorbieren sie Infrarotstrahlung. Unter den Körpern des Sonnensystems hat die Sonne am weitesten die Eigenschaften eines absolut schwarzen Körpers.

Der Begriff wurde 1862 von Gustav Kirchhoff eingeführt.

20 Ticket PRINZIPIEN DER QUANTENMECHANIK

Alle Probleme der modernen Physik lassen sich in zwei Gruppen einteilen: die Probleme der klassischen Physik und die Probleme der Quantenphysik Beim Studium der Eigenschaften gewöhnlicher makroskopischer Körper stößt man fast nie auf Quantenprobleme, da Quanteneigenschaften erst im Mikrokosmos greifbar werden . Daher war die Physik des 19. Jahrhunderts, die nur makroskopische Körper untersuchte, von Quantenprozessen völlig ahnungslos. Das ist klassische Physik. Typisch für die klassische Physik ist, dass sie die atomistische Struktur der Materie nicht berücksichtigt. Jetzt jedoch hat die Entwicklung der experimentellen Technologie die Grenzen unserer Naturkenntnis so weit verschoben, dass wir jetzt die Strenge der einzelnen Atome und Moleküle kennen, und zwar bis ins kleinste Detail. moderne Physik studiert die atomare Struktur der Materie und damit die Prinzipien der alten klassischen Physik des 19. Jahrhunderts. musste sich entsprechend den neuen Tatsachen ändern, und zwar radikal. Diese Änderung der Prinzipien ist der Übergang zur Quantenphysik.

21 Karten CORPUSCULAR-WAVE DUALISMUS

Korpuskularwellen-Dualismus- das Prinzip, dass jedes Objekt sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften aufweisen kann. Es wurde während der Entwicklung der Quantenmechanik eingeführt, um die im Mikrokosmos beobachteten Phänomene aus der Sicht klassischer Konzepte zu interpretieren. Eine Weiterentwicklung des Prinzips des Welle-Teilchen-Dualismus war das Konzept der quantisierten Felder in der Quantenfeldtheorie.

Als klassisches Beispiel lässt sich Licht als Strom von Teilchen (Photonen) interpretieren, die in vielen physikalischen Wirkungen die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen aufweisen. Licht zeigt die Eigenschaften einer Welle in den Phänomenen der Beugung und Interferenz auf Skalen, die mit der Wellenlänge des Lichts vergleichbar sind. Zum Beispiel sogar Single Photonen, die den Doppelspalt passieren, erzeugen auf dem Bildschirm ein Interferenzmuster, das durch die Maxwell-Gleichungen bestimmt wird.

Dennoch zeigt das Experiment, dass ein Photon kein kurzer Impuls elektromagnetischer Strahlung ist, es kann beispielsweise nicht durch optische Strahlteiler in mehrere Strahlen geteilt werden, was ein Experiment der französischen Physiker Grangier, Roger und Aspe deutlich gezeigt hat 1986. Die korpuskulären Eigenschaften des Lichts manifestieren sich im photoelektrischen Effekt und im Compton-Effekt. Ein Photon verhält sich auch wie ein Teilchen, das vollständig von Objekten emittiert oder absorbiert wird, deren Abmessungen viel kleiner als seine Wellenlänge sind (z. B. Atomkerne), oder allgemein als punktförmig angesehen werden kann (z. B. ein Elektron).

Derzeit ist das Konzept des Welle-Teilchen-Dualismus nur von historischem Interesse, da es nur als Interpretation diente, um das Verhalten von Quantenobjekten zu beschreiben und dafür Analogien aus der klassischen Physik zu wählen. Tatsächlich sind Quantenobjekte weder klassische Wellen noch klassische Teilchen und nehmen die Eigenschaften der ersteren oder der letzteren nur in einiger Näherung an. Methodisch korrekter ist die Formulierung der Quantentheorie in Form von Pfadintegralen (Propagator), frei von der Verwendung klassischer Konzepte.

22 ticket DAS KONZEPT DER STRUKTUR DES ATOMS MODELLE DES ATOMS

Thomson-Modell des Atoms(Modell "Pudding mit Rosinen", engl. Plumpudding-Modell).J. J. Thomson schlug vor, das Atom als einen positiv geladenen Körper mit darin eingeschlossenen Elektronen zu betrachten. Sie wurde schließlich von Rutherford nach seinem berühmten Experiment zur Streuung von Alpha-Teilchen widerlegt.

Nagaokas frühes Planetenmodell des Atoms. 1904 schlug der japanische Physiker Hantaro Nagaoka ein Atommodell vor, das in Analogie zum Planeten Saturn gebaut wurde. In diesem Modell kreisten Elektronen, zu Ringen vereint, auf Bahnen um einen kleinen positiven Kern. Das Modell stellte sich als falsch heraus.

Bohr-Rutherford-Planetenmodell des Atoms. 1911 kam Ernest Rutherford nach einer Reihe von Experimenten zu dem Schluss, dass das Atom eine Art Planetensystem ist, in dem sich Elektronen in Umlaufbahnen um einen schwer positiv geladenen Kern bewegen, der sich im Zentrum des Atoms befindet ("Rutherfords Modell von das Atom"). Eine solche Beschreibung des Atoms geriet jedoch in Konflikt mit der klassischen Elektrodynamik. Tatsache ist, dass nach der klassischen Elektrodynamik ein Elektron, wenn es sich mit Zentripetalbeschleunigung bewegt, elektromagnetische Wellen aussenden muss und folglich Energie verliert. Berechnungen ergaben, dass die Zeit, die ein Elektron in einem solchen Atom braucht, um auf den Kern zu fallen, absolut vernachlässigbar ist. Um die Stabilität von Atomen zu erklären, musste Niels Bohr Postulate einführen, die darauf hinausliefen, dass ein Elektron in einem Atom, das sich in bestimmten Energiezuständen befindet, keine Energie abstrahlt („das Bohr-Rutherford-Modell des Atoms“). Bohrs Postulate zeigten, dass die klassische Mechanik nicht anwendbar ist, um das Atom zu beschreiben. Die weitere Untersuchung der Strahlung des Atoms führte zur Schaffung der Quantenmechanik, die es ermöglichte, die überwiegende Mehrheit der beobachteten Tatsachen zu erklären.

Atom(anderes griechisches ἄτομος- unteilbar) - der kleinste chemisch unteilbare Teil eines chemischen Elements, der Träger seiner Eigenschaften ist. Ein Atom besteht aus einem Atomkern und Elektronen. Der Kern eines Atoms besteht aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen. Stimmt die Zahl der Protonen im Kern mit der Zahl der Elektronen überein, so ist das Atom als Ganzes elektrisch neutral. Andernfalls hat es eine positive oder negative Ladung und wird als Ion bezeichnet. Atome werden nach der Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern klassifiziert: Die Anzahl der Protonen bestimmt, ob ein Atom zu einigen gehört Chemisches Element, und die Anzahl der Neutronen ist das Isotop dieses Elements.

Atome verschiedener Art in unterschiedliche Mengen, verbunden durch interatomare Bindungen, bilden Moleküle.

23 Ticket GRUNDLEGENDE INTERAKTIONEN

Grundlegende Wechselwirkungen- qualitativ unterschiedliche Arten der Wechselwirkung von Elementarteilchen von aus ihnen zusammengesetzten Körpern.

Heute ist die Existenz von vier grundlegenden Wechselwirkungen zuverlässig bekannt:

Gravitation

elektromagnetisch

stark

schwach

Gleichzeitig sind elektromagnetische und schwache Wechselwirkungen Manifestationen eines einzigen elektroschwache Wechselwirkung.

Es wird nach anderen Arten grundlegender Wechselwirkungen gesucht, sowohl in den Phänomenen der Mikrowelt als auch auf kosmischer Ebene, aber bisher wurde keine andere Art grundlegender Wechselwirkung entdeckt.

In der Physik wird mechanische Energie in zwei Arten unterteilt - potentielle und kinetische Energie. Der Grund für die Änderung der Bewegung von Körpern (Änderungen der kinetischen Energie) ist die Kraft (potenzielle Energie) (siehe Newtons zweites Gesetz) Wenn wir die Welt um uns herum erforschen, können wir die unterschiedlichsten Kräfte wahrnehmen: Schwerkraft, Fadenspannung, Federdruckkraft, Stoßkraft von Körpern, Reibungskraft, Luftwiderstandskraft, Explosionskraft usw. Als jedoch die atomare Struktur der Materie geklärt wurde, wurde klar, dass die ganze Vielfalt dieser Kräfte das Ergebnis der Wechselwirkung von Atomen ist miteinander. Da die Hauptart der interatomaren Wechselwirkung elektromagnetisch ist, stellte sich heraus, dass die meisten dieser Kräfte nur verschiedene Manifestationen der elektromagnetischen Wechselwirkung sind. Eine der Ausnahmen ist zum Beispiel die Schwerkraft, die durch die gravitative Wechselwirkung zwischen Körpern, die Masse haben, verursacht wird.

24 ticket ELEMENTARPARTIKEL UND IHRE EIGENSCHAFTEN

Elementarteilchen- ein Sammelbegriff für Mikroobjekte im subnuklearen Maßstab, die nicht in ihre Bestandteile zerlegt werden können.

Dabei ist zu bedenken, dass einige Elementarteilchen (Elektron, Photon, Quarks etc.) derzeit als strukturlos gelten und als primär betrachtet werden fundamentale Teilchen. Andere Elementarteilchen (sog konstituierende Teilchen-Proton, Neutron usw.) haben eine komplexe innere Struktur, aber dennoch ist es nach modernen Konzepten unmöglich, sie in Teile zu trennen (siehe Confinement).

Die Elementarteilchenphysik untersucht die Struktur und das Verhalten von Elementarteilchen.

Hauptartikel:Quarks

Quarks und Antiquarks wurden noch nie in freiem Zustand gefunden – dies erklärt sich aus dem Phänomen des Confinements. Basierend auf der Symmetrie zwischen Leptonen und Quarks, die sich in der elektromagnetischen Wechselwirkung manifestiert, werden Hypothesen aufgestellt, dass diese Teilchen aus grundlegenderen Teilchen bestehen - Preonen.

25 ticket KONZEPT DER GABELUNG

Bifurkation ist der Erwerb einer neuen Qualität in den Bewegungen eines dynamischen Systems mit einer kleinen Änderung seiner Parameter.

Das zentrale Konzept der Bifurkationstheorie ist das Konzept eines (nicht)groben Systems (siehe unten). Es wird ein beliebiges dynamisches System genommen und eine solche (multi)parametrische Familie dynamischer Systeme betrachtet, dass das ursprüngliche System als Spezialfall erhalten wird – für irgendeinen Wert des Parameters (der Parameter). Wenn das qualitative Bild der Aufteilung des Phasenraums in Trajektorien für den Wert der Parameter erhalten bleibt, der dem gegebenen hinreichend nahe kommt, wird ein solches System aufgerufen Rau. Andernfalls, wenn eine solche Nachbarschaft nicht existiert, wird das System aufgerufen Rau.

Somit erscheinen im Parameterraum Bereiche von rauen Systemen, die durch Flächen getrennt sind, die aus nicht rauen Systemen bestehen. Die Bifurkationstheorie untersucht die Abhängigkeit eines qualitativen Bildes, wenn sich ein Parameter kontinuierlich entlang einer bestimmten Kurve ändert. Das Schema, nach dem sich das qualitative Bild ändert, heißt Bifurkationsdiagramm.

Die Hauptmethoden der Bifurkationstheorie sind die Methoden der Störungstheorie. Insbesondere gilt kleine Parametermethode(Pontryagin).

Bifurkationspunkt- Änderung des festgelegten Betriebsmodus des Systems. Ein Begriff aus der Nichtgleichgewichtsthermodynamik und Synergetik.

Bifurkationspunkt- der kritische Zustand des Systems, in dem das System gegenüber Schwankungen instabil wird und Unsicherheit entsteht: Wird der Zustand des Systems chaotisch oder bewegt es sich auf eine neue, differenziertere und höhere Ordnungsebene. Ein Begriff aus der Theorie der Selbstorganisation.

26 ticket SYNERGETIK – DIE WISSENSCHAFT OFFENER SELBSTORGANISIERENDER SYSTEME

Synergetik(anderes griechisches συν-- Präfix mit der Bedeutung von Kompatibilität und ἔργον- "Aktivität") - eine interdisziplinäre Richtung der wissenschaftlichen Forschung, deren Aufgabe es ist, natürliche Phänomene und Prozesse auf der Grundlage der Prinzipien der Selbstorganisation von Systemen zu untersuchen (bestehend aus von Subsysteme). "... Eine Wissenschaft, die die Prozesse der Selbstorganisation und die Entstehung, Aufrechterhaltung, Stabilität und den Verfall von Strukturen unterschiedlichster Art untersucht ...".

Synergetik wurde ursprünglich als interdisziplinärer Ansatz deklariert, da die Prinzipien der Prozesse der Selbstorganisation (unabhängig von der Art der Systeme) dieselben zu sein scheinen und ein gemeinsamer mathematischer Apparat zu ihrer Beschreibung geeignet sein sollte.

Aus ideologischer Sicht wird Synergetik manchmal als „globaler Evolutionismus“ oder „universelle Evolutionstheorie“ positioniert, die eine einheitliche Grundlage für die Beschreibung der Mechanismen für die Entstehung von Innovationen bietet, so wie Kybernetik einst als „universelle Kontrolle“ definiert wurde Theorie“, gleichermaßen geeignet zur Beschreibung beliebiger Regulations- und Optimierungsoperationen. : in der Natur, in der Technik, in der Gesellschaft etc. etc. Allerdings hat sich im Laufe der Zeit gezeigt, dass der allgemeine kybernetische Ansatz bei weitem nicht alle in ihn gesetzten Hoffnungen gerechtfertigt hat. Ebenso wird die weite Auslegung der Anwendbarkeit synergetischer Methoden kritisiert.

Das Grundkonzept der Synergetik ist die Definition von Struktur als Zustände, die sich aus dem multivarianten und mehrdeutigen Verhalten solcher Mehrelementstrukturen oder Mehrfaktormedien ergeben, die nicht zum thermodynamischen Mittelungsstandard für geschlossene Systeme degradieren, sondern sich aufgrund von Offenheit, Energiezufuhr von außen, Nichtlinearität von innen entwickeln Prozesse, das Auftreten von Sonderregimen mit Verschärfung und das Vorhandensein von mehr als einem stabilen Staat. In den angegebenen Systemen ist weder der zweite Hauptsatz der Thermodynamik noch der Satz von Prigogine über die minimale Rate der Entropieerzeugung anwendbar, was zur Bildung neuer Strukturen und Systeme führen kann, einschließlich solcher, die komplexer als die ursprünglichen sind.

Dieses Phänomen wird von der Synergetik als allgemeiner Mechanismus der überall in der Natur beobachteten Evolutionsrichtung interpretiert: von elementar und primitiv zu komplex und perfekter.

In einigen Fällen hat die Bildung neuer Strukturen einen regelmäßigen, wellenförmigen Charakter, und dann werden sie als Autowellenprozesse bezeichnet (in Analogie zu Selbstschwingungen).

27 ticket DAS KONZEPT DES LEBENS DAS PROBLEM DES ENTSTEHENS DES LEBENS

Leben- die aktive Form der Existenz einer Substanz, gewissermaßen die höchste im Vergleich zu ihren physikalischen und chemischen Existenzformen; eine Reihe physikalischer und chemischer Prozesse, die in der Zelle ablaufen und den Austausch von Materie und ihre Teilung ermöglichen. Das Hauptattribut lebender Materie ist die genetische Information, die für die Replikation verwendet wird. Um den Begriff "Leben" mehr oder weniger genau zu definieren, kann man nur die Qualitäten aufzählen, die ihn vom Nicht-Leben unterscheiden. Außerhalb der Zelle existiert kein Leben, Viren zeigen erst nach der Übertragung von genetischem Material in die Zelle die Eigenschaften lebender Materie [ Quelle nicht angegeben 268 Tage] . Eine lebende Zelle, die sich an die Umgebung anpasst, bildet die ganze Vielfalt lebender Organismen.

Auch wird unter dem Wort „Leben“ der Zeitraum der Existenz eines einzelnen Organismus vom Moment des Auftretens bis zu seinem Tod (Ontogenese) verstanden.

1860 griff der französische Chemiker Louis Pasteur das Problem der Entstehung des Lebens auf. Durch seine Experimente bewies er, dass Bakterien allgegenwärtig sind und dass nicht lebende Materialien leicht durch Lebewesen kontaminiert werden können, wenn sie nicht ordnungsgemäß sterilisiert werden. Der Wissenschaftler kochte verschiedene Medien in Wasser, in denen sich Mikroorganismen bilden könnten. Zusätzliches Kochen tötete die Mikroorganismen und ihre Sporen. Pasteur befestigte einen versiegelten Kolben mit einem freien Ende an dem S-förmigen Rohr. Sporen von Mikroorganismen setzten sich auf einem gekrümmten Rohr ab und konnten nicht eindringen Nährmedium. Ein gut gekochter Nährboden blieb steril, es wurde kein Leben darin gefunden, obwohl Luftzugang gegeben war.

Als Ergebnis einer Reihe von Experimenten bewies Pasteur die Gültigkeit der Theorie der Biogenese und widerlegte schließlich die Theorie der spontanen Zeugung.

28 ticket DAS KONZEPT VOM URSPRUNG VON OPARINS LEBEN

Mechanik- Dies ist ein Teil der Physik, der die Gesetze der mechanischen Bewegung und die Gründe untersucht, die diese Bewegung verursachen oder verändern.

Die Mechanik wiederum unterteilt sich in Kinematik, Dynamik und Statik.

mechanische Bewegung- Dies ist eine Änderung der relativen Position von Körpern oder Körperteilen im Laufe der Zeit.

Gewicht ist eine skalare physikalische Größe, die die Trägheits- und Gravitationseigenschaften von Materie quantitativ charakterisiert.

Trägheit- Dies ist der Wunsch des Körpers, einen Ruhezustand oder eine gleichmäßige geradlinige Bewegung aufrechtzuerhalten.

träge Masse charakterisiert die Fähigkeit eines Körpers, einer Änderung seines Zustands (Ruhe oder Bewegung) zu widerstehen, beispielsweise im zweiten Newtonschen Gesetz

Gravitationsmasse charakterisiert die Fähigkeit des Körpers, ein Gravitationsfeld zu erzeugen, das durch eine Vektorgröße namens Spannung gekennzeichnet ist. Die Intensität des Gravitationsfeldes einer Punktmasse ist gleich:

Die schwere Masse charakterisiert die Fähigkeit des Körpers, mit dem Gravitationsfeld zu interagieren:

P Äquivalenzprinzip Gravitations- und Trägheitsmassen: Jede Masse ist gleichzeitig träge und gravitativ.

Die Masse des Körpers hängt von der Dichte des Stoffes ρ und der Größe des Körpers (Körpervolumen V) ab:

Der Begriff der Masse ist nicht identisch mit den Begriffen Gewicht und Gravitation. Sie hängt nicht von den Schwerkraftfeldern und Beschleunigungen ab.

Trägheitsmoment ist eine tensorphysikalische Größe, die die Trägheit eines Festkörpers quantitativ charakterisiert, die sich in einer Rotationsbewegung äußert.

Bei der Beschreibung der Drehbewegung reicht es nicht aus, die Masse anzugeben. Die Trägheit eines Körpers in Rotationsbewegung hängt nicht nur von der Masse ab, sondern auch von ihrer Verteilung relativ zur Rotationsachse.

1. Trägheitsmoment eines materiellen Punktes

wobei m die Masse eines materiellen Punktes ist; r ist der Abstand vom Punkt zur Rotationsachse.

2. Trägheitsmoment des Systems materieller Punkte

3. Trägheitsmoment eines vollkommen starren Körpers

Stärke- Dies ist eine vektorielle physikalische Größe, die ein Maß für die mechanische Einwirkung anderer Körper oder Felder auf den Körper ist, wodurch der Körper beschleunigt oder verformt wird (seine Form oder Größe ändert).

Die Mechanik verwendet verschiedene Modelle, um mechanische Bewegungen zu beschreiben.

Materieller Punkt(m.t.) ist ein Körper mit einer Masse, deren Abmessungen bei dieser Aufgabe vernachlässigt werden können.

Absolut starrer Körper(a.t.t.) ist ein Körper, der sich im Bewegungsablauf nicht verformt, d. h. der Abstand zwischen zwei beliebigen Punkten im Bewegungsablauf bleibt unverändert.
§ 2. Bewegungsgesetze.

Erstes Gesetz n Newton : Jeder materielle Punkt (Körper) behält einen Ruhezustand oder eine gleichmäßige geradlinige Bewegung bei, bis der Aufprall anderer Körper ihn dazu bringt, diesen Zustand zu ändern.

Diejenigen Bezugsrahmen, in Bezug auf die das erste Newtonsche Gesetz erfüllt ist, werden als Inertialbezugsrahmen (ISR) bezeichnet. Daher bestätigt Newtons erstes Gesetz die Existenz von IFR.

Newtons zweites Gesetz (Grundgesetz der Dynamik Vorwärtsbewegung): Die Impulsänderungsrate eines materiellen Punktes (Körpers) ist gleich der Summe der auf ihn einwirkenden Kräfte

Newtons drittes Gesetz : jede Einwirkung materieller Punkte (Körper) aufeinander hat den Charakter einer Wechselwirkung; die Kräfte, mit denen die materiellen Punkte aufeinander einwirken, sind immer betragsmäßig gleich, entgegengesetzt gerichtet und wirken entlang der diese Punkte verbindenden Geraden

hier ist die Kraft, die vom zweiten auf den ersten materiellen Punkt wirkt; - die Kraft, die von der Seite des ersten auf den zweiten Materialpunkt wirkt. Diese Kräfte wirken auf unterschiedliche materielle Punkte (Körper), wirken immer paarweise und sind gleichartige Kräfte.

Hier ist die Gravitationskonstante. .

Erhaltungssätze in der klassischen Mechanik.

Die Erhaltungssätze sind in geschlossenen Systemen wechselwirkender Körper erfüllt.

Ein System heißt geschlossen, wenn keine äußeren Kräfte auf das System einwirken.

Impuls - vektorielle physikalische Größe, die den Translationsbewegungsvorrat quantitativ charakterisiert:

Impulserhaltungssatz Systeme materieller Punkte(m.t.): in geschlossenen Systemen, m.t. Der Gesamtimpuls bleibt erhalten

wo - i-te Geschwindigkeit materieller Punkt vor Interaktion; ist seine Geschwindigkeit nach der Interaktion.

Drehimpuls ist eine physikalische Vektorgröße, die die Reserve der Rotationsbewegung quantitativ charakterisiert.

der Impuls des materiellen Punktes ist, der Radiusvektor des materiellen Punktes ist.
Gesetz der Erhaltung des Drehimpulses : in einem abgeschlossenen System bleibt der Gesamtdrehimpuls erhalten:

Die physikalische Größe, die die Fähigkeit eines Körpers oder eines Systems von Körpern charakterisiert, Arbeit zu verrichten, wird als Energie bezeichnet.

Energie ist eine skalare physikalische Größe, die das allgemeinste Merkmal des Zustands des Systems ist.

Der Zustand des Systems wird durch seine Bewegung und Konfiguration bestimmt, d. h. durch die gegenseitige Anordnung seiner Teile. Die Bewegung des Systems wird durch die kinetische Energie K charakterisiert, und die Konfiguration (im potentiellen Kräftefeld liegend) wird durch die potentielle Energie U charakterisiert.

Gesamtenergie definiert als die Summe:

E = K + U + E int,

wobei E ext die innere Energie des Körpers ist.

Die kinetische und potentielle Energie addieren sich zu mechanische Energie .

Einstein-Formel(Verhältnis von Energie und Masse):

In dem Referenzrahmen, der dem Massenschwerpunkt des m.t.-Systems zugeordnet ist, ist m \u003d m 0 die Ruhemasse und E \u003d E 0 \u003d m 0. c 2 - Ruheenergie.

Innere Energie wird im Bezugsrahmen des Körpers selbst bestimmt, das heißt, die innere Energie ist gleichzeitig die Ruheenergie.

Kinetische Energie ist die Energie der mechanischen Bewegung eines Körpers oder Systems von Körpern. Die relativistische kinetische Energie wird durch die Formel bestimmt

Bei niedrigen Geschwindigkeiten v
.

Potenzielle Energie ist eine skalare physikalische Größe, die die Wechselwirkung von Körpern mit anderen Körpern oder mit Feldern charakterisiert.

Beispiele:

;

potentielle Energie der gravitativen Wechselwirkung von Punktmassen

;

Gesetz der Energieeinsparung : Die Gesamtenergie eines geschlossenen Systems materieller Punkte bleibt erhalten

Ohne Dissipation (Streuung) von Energie bleiben sowohl die Gesamtenergie als auch die mechanische Energie erhalten. In dissipativen Systemen bleibt die Gesamtenergie erhalten, während die mechanische Energie nicht erhalten bleibt.

§ 2. Grundbegriffe der klassischen Elektrodynamik.

Die Quelle des elektromagnetischen Feldes ist eine elektrische Ladung.

Elektrische Ladung ist die Eigenschaft einiger Elementarteilchen, in eine elektromagnetische Wechselwirkung einzutreten.

Elektrische Ladungseigenschaften :

1. Die elektrische Ladung kann positiv und negativ sein (es ist allgemein anerkannt, dass das Proton positiv und das Elektron negativ geladen ist).

2. Elektrische Ladung wird quantisiert. Ein elektrisches Ladungsquantum ist eine elektrische Elementarladung (å = 1,610 –19 C). Im freien Zustand sind alle Ladungen Vielfache einer ganzzahligen Anzahl elektrischer Elementarladungen:

3. Ladungserhaltungssatz: Die elektrische Gesamtladung eines abgeschlossenen Systems bleibt bei allen Vorgängen mit geladenen Teilchen erhalten:

q 1 + q 2 + ... + q N = q 1 * + q 2 * + ... + q N * .

4. relativistische Invarianz: Der Wert der Gesamtladung des Systems hängt nicht von der Bewegung der Ladungsträger ab (die Ladung bewegter und ruhender Teilchen ist gleich). Mit anderen Worten, in allen ISOs ist die Ladung jedes Teilchens oder Körpers gleich.

Beschreibung des elektromagnetischen Feldes.

Die Ladungen interagieren miteinander (Abb. 1). Die Größe der Kraft, mit der sich Ladungen gleichen Vorzeichens abstoßen und Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens anziehen, wird mit dem empirisch ermittelten Coulombschen Gesetz bestimmt:

Hier ist die elektrische Konstante.

Abb.1

Und was ist der Mechanismus der Wechselwirkung geladener Körper? Man kann folgende Hypothese aufstellen: Körper mit einer elektrischen Ladung erzeugen ein elektromagnetisches Feld. Das elektromagnetische Feld wiederum wirkt auf andere geladene Körper, die sich in diesem Feld befinden. Ein neues materielles Objekt entstand – ein elektromagnetisches Feld.

Die Erfahrung zeigt, dass in jedem elektromagnetischen Feld eine Kraft auf eine stationäre Ladung wirkt, deren Größe nur von der Größe der Ladung (die Größe der Kraft ist proportional zur Größe der Ladung) und ihrer Position im Feld abhängt. Jedem Punkt des Feldes kann ein bestimmter Vektor zugeordnet werden, der der Proportionalitätskoeffizient zwischen der auf eine feste Ladung im Feld wirkenden Kraft und der Ladung ist. Dann kann die Kraft, mit der das Feld auf eine feste Ladung wirkt, durch die Formel bestimmt werden:

Die Kraft, die von der Seite des elektromagnetischen Feldes auf eine feste Ladung wirkt, wird als elektrische Kraft bezeichnet. Der Vektorwert, der den Zustand des Feldes charakterisiert, das die Wirkung verursacht, wird als elektrische Stärke des elektromagnetischen Feldes bezeichnet.

Weitere Experimente mit Ladungen zeigen, dass der Vektor das elektromagnetische Feld nicht vollständig charakterisiert. Wenn sich die Ladung zu bewegen beginnt, tritt eine zusätzliche Kraft auf, deren Größe und Richtung in keiner Weise mit der Größe und Richtung des Vektors zusammenhängen. Die zusätzliche Kraft, die entsteht, wenn sich eine Ladung in einem elektromagnetischen Feld bewegt, wird Magnetkraft genannt. Die Erfahrung zeigt, dass die Magnetkraft von der Ladung und von der Größe und Richtung des Geschwindigkeitsvektors abhängt. Wenn wir eine Testladung mit gleicher Geschwindigkeit, aber in unterschiedlichen Richtungen durch einen beliebigen festen Punkt des Feldes bewegen, dann ist die magnetische Kraft jedes Mal anders. Allerdings immer. Eine weitere Analyse der experimentellen Fakten ermöglichte die Feststellung, dass es für jeden Punkt des elektromagnetischen Feldes eine einzige Richtung MN gibt (Abb. 2), die die folgenden Eigenschaften hat:

Abb.2

Wenn ein bestimmter Vektor entlang der MN-Richtung gerichtet ist, was die Bedeutung des Proportionalitätskoeffizienten zwischen der magnetischen Kraft und dem Produkt hat, dann bestimmt die Einstellung , und charakterisiert eindeutig den Zustand des Feldes, das das Auftreten von verursacht. Der Vektor wurde als Vektor der elektromagnetischen Induktion bezeichnet. Seit und dann

In einem elektromagnetischen Feld wirkt auf eine Ladung, die sich mit der Geschwindigkeit q bewegt, eine elektromagnetische Lorentzkraft (Abb. 3):

.
Die Vektoren und , also die sechs Zahlen , sind gleiche Komponenten eines einzelnen elektromagnetischen Feldes (Komponenten des elektromagnetischen Feldtensors). Im Einzelfall kann sich herausstellen, dass alle oder alle ; dann wird das elektromagnetische Feld entweder auf elektrische oder magnetische Felder reduziert.

Das Experiment bestätigte die Richtigkeit des konstruierten Zwei-Vektor-Modells des elektromagnetischen Feldes. In diesem Modell erhält jeder Punkt des elektromagnetischen Feldes ein Vektorpaar und . Das von uns konstruierte Modell ist ein Modell eines stetigen Feldes, da die Funktionen und die Beschreibung des Feldes stetige Funktionen der Koordinaten sind.

Die Theorie elektromagnetischer Phänomene, die das kontinuierliche Feldmodell verwendet, wird als klassisch bezeichnet.

In Wirklichkeit ist das Feld, wie die Materie, diskret. Das wirkt sich aber erst ab Entfernungen aus, die mit der Größe von Elementarteilchen vergleichbar sind. Die Diskretion des elektromagnetischen Feldes wird in der Quantentheorie berücksichtigt.

Das Superpositionsprinzip.

Felder werden normalerweise mit Kraftlinien dargestellt.

Kraftlinie ist eine Linie, deren Tangente an jedem Punkt mit dem Feldstärkevektor zusammenfällt.

D
Für punktförmige unbewegliche Ladungen ist das Muster der Kraftlinien des elektrostatischen Feldes in Abb. 1 dargestellt. 6.

Der Intensitätsvektor des durch eine Punktladung erzeugten elektrostatischen Feldes wird durch die Formel (Abb. 7 a und b) bestimmt. Die magnetische Feldlinie ist so konstruiert, dass an jedem Punkt der Kraftlinie der Vektor tangential zu dieser Linie gerichtet ist. Die Kraftlinien des Magnetfeldes sind geschlossen (Abb. 8). Dies deutet darauf hin, dass das Magnetfeld ein Wirbelfeld ist.

Reis. acht

Und wenn das Feld nicht einen, sondern mehrere schafft Punktgebühren? Beeinflussen sich die Ladungen gegenseitig oder trägt jede Ladung des Systems unabhängig von den anderen zum resultierenden Feld bei? Wird es ein elektromagnetisches Feld geben erstellt von i Die Gebühr in Abwesenheit anderer Gebühren ist die gleiche wie das erzeugte Feld i-te Ladung in Gegenwart anderer Gebühren?

Prinzip der Superposition : Das elektromagnetische Feld eines beliebigen Ladungssystems ist das Ergebnis der Addition von Feldern, die jede der Elementarladungen dieses Systems ohne die anderen erzeugen würde:

und .
Gesetze des elektromagnetischen Feldes

Die Gesetze des elektromagnetischen Feldes werden als System von Maxwell-Gleichungen formuliert.

Zuerst

Das folgt aus der ersten Maxwell-Gleichung elektrostatisches Feld - Potential (konvergierend oder divergierend) und seine Quelle sind bewegungslose elektrische Ladungen.

Zweite Maxwell-Gleichung für ein magnetostatisches Feld:

Das folgt aus der zweiten Maxwell-Gleichung Das magnetostatische Feld ist wirbelpotentialfrei und hat keine Punktquellen.

Dritte Maxwell-Gleichung für ein elektrostatisches Feld:

Das folgt aus der dritten Maxwell-Gleichung Das elektrostatische Feld ist kein Wirbel.

In der Elektrodynamik (für ein variables elektromagnetisches Feld) lautet die dritte Maxwell-Gleichung:

d.h. Das elektrische Feld ist kein Potential (nicht Coulomb), sondern ein Wirbel und wird durch einen variablen Fluss des Induktionsvektors des Magnetfelds erzeugt.

Vierte Maxwellsche Gleichung für ein magnetostatisches Feld

Das folgt aus der vierten Maxwell-Gleichung in der Magnetostatik Das Magnetfeld ist Wirbel und wird durch Konstante erzeugt elektrische Ströme oder Umzugsgebühren. Die Richtung der Verdrillung der magnetischen Feldlinien wird durch die rechte Schraubenregel bestimmt (Abb. 9).

R
Abb.9

In der Elektrodynamik lautet die vierte Maxwell-Gleichung:

Der erste Term in dieser Gleichung ist der Leitungsstrom I, der mit der Bewegung von Ladungen und der Erzeugung eines Magnetfelds verbunden ist.

Der zweite Term in dieser Gleichung ist der „Verschiebungsstrom im Vakuum“, also der variable Fluss des Intensitätsvektors elektrisches Feld.

Die wichtigsten Bestimmungen und Schlussfolgerungen von Maxwells Theorie sind wie folgt.

Eine zeitliche Änderung des elektrischen Feldes führt zum Auftreten eines magnetischen Feldes und umgekehrt. Daher gibt es elektromagnetische Wellen.

Die Übertragung elektromagnetischer Energie erfolgt mit endlicher Geschwindigkeit . Die Übertragungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen ist gleich der Lichtgeschwindigkeit. Daraus folgte die grundlegende Identität von elektromagnetischen und optischen Phänomenen.

Der Höhepunkt von I. Newtons wissenschaftlicher Arbeit ist sein unsterbliches Werk „The Mathematical Principles of Natural Philosophy“, das erstmals 1687 veröffentlicht wurde. Darin fasste er die Ergebnisse seiner Vorgänger und seiner eigenen Forschung zusammen und schuf erstmals ein einziges harmonisches System der Erd- und Himmelsmechanik, das die Grundlage der gesamten klassischen Physik bildete.

Hier gab Newton Definitionen der anfänglichen Konzepte – die Menge an Materie, äquivalent zu Masse, Dichte; Menge der Bewegung, die dem Impuls entspricht, und verschiedene Arten von Kräften. Als er den Begriff der Stoffmenge formulierte, ging er davon aus, dass Atome aus einem einzigen Urstoff bestehen; Unter Dichte wurde der Grad verstanden, in dem eine Volumeneinheit eines Körpers mit Primärmaterie gefüllt ist.

Diese Arbeit skizziert Newtons Lehre von der universellen Gravitation, auf deren Grundlage er die Theorie der Bewegung von Planeten, Satelliten und Kometen entwickelte, die das Sonnensystem bilden. Anhand dieses Gesetzes erklärte er das Phänomen der Gezeiten und die Verdichtung des Jupiter. Newtons Konzept war die Grundlage für viele technische Fortschritte über einen langen Zeitraum. Auf seiner Grundlage wurden viele Methoden der wissenschaftlichen Forschung in verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaften gebildet.

Die Newtonsche Mechanik ermöglichte es im Gegensatz zu früheren mechanischen Konzepten, das Problem jeder Bewegungsstufe, sowohl vorangehender als auch nachfolgender, und an jedem Punkt im Raum mit bekannten Tatsachen, die diese Bewegung bestimmen, sowie das umgekehrte Problem der Bestimmung zu lösen die Größe und Richtung dieser Faktoren an jedem Punkt mit bekannten grundlegenden Bewegungselementen. Aus diesem Grund könnte die Newtonsche Mechanik als Methode zur quantitativen Analyse mechanischer Bewegungen verwendet werden.

Das Gesetz der universellen Gravitation.

Das Gesetz der universellen Gravitation wurde 1682 von I. Newton entdeckt. Nach seiner Hypothese wirken Anziehungskräfte zwischen allen Körpern des Universums, die entlang der Linie gerichtet sind, die die Massenzentren verbindet. Bei einem Körper in Form einer homogenen Kugel fällt der Schwerpunkt mit dem Mittelpunkt der Kugel zusammen.

In den folgenden Jahren versuchte Newton, die von I. Kepler zu Beginn des 17. Jahrhunderts entdeckten Gesetze der Planetenbewegung physikalisch zu erklären und den Gravitationskräften einen quantitativen Ausdruck zu geben. Da er also wusste, wie sich die Planeten bewegen, wollte Newton bestimmen, welche Kräfte auf sie einwirken. Dieser Weg wird das inverse Problem der Mechanik genannt.

Wenn die Hauptaufgabe der Mechanik darin besteht, die Koordinaten eines Körpers bekannter Masse und seine Geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt aus den bekannten auf den Körper wirkenden Kräften zu bestimmen, dann müssen bei der Lösung des inversen Problems die wirkenden Kräfte bestimmt werden der Körper, wenn bekannt ist, wie er sich bewegt.

Die Lösung dieses Problems führte Newton zur Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes: „Alle Körper werden mit einer Kraft angezogen, die direkt proportional zu ihrer Masse und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist.“

Zu diesem Gesetz sind einige wichtige Bemerkungen zu machen.

1 erstreckt sich seine Wirkung ausdrücklich auf alle physischen materiellen Körper im Universum ohne Ausnahme.

2 Die Schwerkraft der Erde an ihrer Oberfläche wirkt gleichermaßen auf alle materiellen Körper, die sich an jedem Punkt befinden der Globus. Gerade jetzt wirkt die Schwerkraft auf uns und wir spüren sie wirklich als unser eigenes Gewicht. Wenn wir etwas fallen lassen, wird es unter dem Einfluss derselben Kraft mit gleichmäßiger Beschleunigung zu Boden stürzen.

Viele Phänomene werden durch die Wirkung von Kräften der universellen Gravitation in der Natur erklärt: die Bewegung der Planeten im Sonnensystem, künstliche Satelliten der Erde - alle werden auf der Grundlage des Gesetzes der universellen Gravitation und der Gesetze der Dynamik erklärt .

Newton schlug als erster vor, dass Gravitationskräfte nicht nur die Bewegung von Planeten bestimmen Sonnensystem; Sie wirken zwischen irgendwelchen Körpern des Universums. Eine der Manifestationen der universellen Gravitationskraft ist die Schwerkraft - so nennt man üblicherweise die Anziehungskraft von Körpern zur Erde in der Nähe ihrer Oberfläche.

Die Schwerkraft ist auf den Erdmittelpunkt gerichtet. In Abwesenheit anderer Kräfte fällt der Körper mit freier Fallbeschleunigung frei auf die Erde.

Drei Prinzipien der Mechanik.

Die Newtonschen Gesetze der Mechanik, die drei Gesetze, die dem sogenannten zugrunde liegen. klassische Mechanik. Formuliert von I. Newton (1687).

Erstes Gesetz: „Jeder Körper bleibt in seinem Zustand der Ruhe oder gleichförmigen und geradlinigen Bewegung, bis und soweit er durch aufgebrachte Kräfte gezwungen wird, diesen Zustand zu ändern.“

Der zweite Hauptsatz: "Die Impulsänderung ist proportional zur aufgebrachten Antriebskraft und erfolgt in Richtung der Geraden, entlang der diese Kraft wirkt."

Das dritte Gesetz: "Auf eine Aktion gibt es immer eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion, ansonsten sind die Wechselwirkungen zweier Körper gegeneinander gleich und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet." N.h. m. erschien als Ergebnis der Verallgemeinerung zahlreicher Beobachtungen, Experimente und theoretischer Studien von G. Galileo, H. Huygens, Newton selbst und anderen.

Entsprechend moderne Ideen und Terminologie sollte ein Körper im ersten und zweiten Hauptsatz als materieller Punkt und unter Bewegung verstanden werden - Bewegung relativ zu einem Trägheitsbezugssystem. Der mathematische Ausdruck des zweiten Hauptsatzes in der klassischen Mechanik hat die Form oder mw = F, wobei m die Masse des Punktes, u seine Geschwindigkeit, a w die Beschleunigung, F die wirkende Kraft ist.

N.h. m verlieren ihre Gültigkeit für die Bewegung von Objekten sehr kleiner Größe (Elementarteilchen) und für Bewegungen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit

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Bestimmung 1

Die Mechanik ist ein umfangreicher Zweig der Physik, der die Gesetze der Positionsänderung untersucht physische Körper in Raum und Zeit, sowie Postulate basierend auf den Newtonschen Gesetzen.

Abbildung 1. Grundgesetz der Dynamik. Author24 - Online-Austausch von Studienarbeiten

Oft wird diese wissenschaftliche Richtung der Physik als „Newtonsche Mechanik“ bezeichnet. Die klassische Mechanik ist heute in folgende Abschnitte unterteilt:

Statik - betrachtet und beschreibt das Gleichgewicht von Körpern;
Kinematik - untersucht die geometrischen Merkmale der Bewegung, ohne ihre Ursachen zu berücksichtigen;
Dynamik - befasst sich mit der Untersuchung der Bewegung materieller Substanzen.

Mechanische Bewegung ist eine der einfachsten und zugleich häufigsten Existenzformen lebender Materie. Daher nimmt die klassische Mechanik einen außerordentlich bedeutenden Platz in den Naturwissenschaften ein und gilt als Hauptteilgebiet der Physik.

Grundgesetze der klassischen Mechanik

Die klassische Mechanik untersucht in ihren Postulaten die Bewegung von Arbeitskörpern mit Geschwindigkeiten, die weit unter der Lichtgeschwindigkeit liegen. Gemäß der speziellen Relativitätshypothese gibt es keinen absoluten Raum und keine absolute Zeit für Elemente, die sich mit großer Geschwindigkeit bewegen. Infolgedessen wird die Art der Wechselwirkung von Substanzen komplizierter, insbesondere beginnt ihre Masse von der Bewegungsgeschwindigkeit abzuhängen. All dies ist Gegenstand der Betrachtung der Formeln der relativistischen Mechanik geworden, für die die Lichtgeschwindigkeitskonstante eine fundamentale Rolle spielt.

Die klassische Mechanik basiert auf den folgenden Grundgesetzen.

Galileis Relativitätsprinzip. Nach diesem Prinzip gibt es viele Bezugssysteme, in denen jeder freie Körper ruht oder sich mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung bewegt. Diese Konzepte werden in der Wissenschaft als Trägheit bezeichnet, und ich bewege mich relativ zueinander in einer geraden Linie und gleichmäßig.
Newtons drei Gesetze. Die erste stellt das obligatorische Vorhandensein der Eigenschaft der Trägheit in physischen Körpern fest und postuliert das Vorhandensein solcher Referenzkonzepte, in denen die Bewegung freier Materie mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt. Das zweite Postulat führt den Kraftbegriff als Hauptmaß für die Wechselwirkung aktiver Elemente ein und postuliert auf der Grundlage theoretischer Fakten den Zusammenhang zwischen der Beschleunigung eines Körpers, seiner Größe und Trägheit. Newtons drittes Gesetz - für jede Kraft, die auf den ersten Körper wirkt, gibt es einen entgegenwirkenden Faktor gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung.
Der Erhaltungssatz der inneren Energie ist eine Folgerung aus den Newtonschen Gesetzen für stabile, abgeschlossene Systeme, in denen nur konservative Kräfte wirken. Die gesamte mechanische Kraft eines geschlossenen Systems materieller Körper, zwischen denen nur Wärmeenergie, bleibt konstant.

Parallelogrammregeln in der Mechanik

Bestimmte Konsequenzen ergeben sich aus den drei grundlegenden Theorien von Newtons Körperbewegung, von denen eine die Addition ist gesamt Elemente nach der Parallelogrammregel. Nach dieser Idee hängt die Beschleunigung jeder physikalischen Substanz von Größen ab, die hauptsächlich die Wirkung anderer Körper charakterisieren, die die Eigenschaften des Prozesses selbst bestimmen. Mechanische Einwirkung auf das Untersuchungsobjekt von der Seite Außenumgebung, die die Bewegungsgeschwindigkeit mehrerer Elemente gleichzeitig radikal ändert, wird als Kraft bezeichnet. Sie kann vielfältig sein.

In der klassischen Mechanik, die mit weit unter der Lichtgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeiten zu tun hat, gilt die Masse als eines der Hauptmerkmale des Körpers selbst, unabhängig davon, ob er sich bewegt oder ruht. Die Masse eines physischen Körpers ist unabhängig von der Wechselwirkung der Materie mit anderen Teilen des Systems.

Bemerkung 1

So begann man allmählich, Masse als die Menge an lebender Materie zu verstehen.

Die Etablierung der Begriffe Masse und Kraft sowie die Methode zu ihrer Messung ermöglichten es Newton, den zweiten Hauptsatz der klassischen Mechanik zu beschreiben und zu formulieren. Die Masse ist also eine der Schlüsseleigenschaften der Materie, die ihre Gravitations- und Trägheitseigenschaften bestimmt.

Der erste und der zweite Hauptsatz der Mechanik beziehen sich jeweils auf die systematische Bewegung eines einzelnen Körpers oder materiellen Punktes. In diesem Fall wird nur die Wirkung anderer Elemente in einem bestimmten Konzept berücksichtigt. Jede körperliche Aktion ist jedoch eine Interaktion.

Bereits der dritte Hauptsatz der Mechanik fixiert diese Aussage und sagt: Einer Aktion entspricht immer eine entgegengesetzt gerichtete und gleiche Reaktion. In Newtons Formulierung gilt dieses Postulat der Mechanik nur für den Fall eines direkten Kräfteverhältnisses oder bei einer plötzlichen Übertragung der Wirkung eines materiellen Körpers auf einen anderen. Bei Bewegung über einen längeren Zeitraum gilt der dritte Hauptsatz, wenn der Zeitpunkt der Übertragung der Wirkung vernachlässigt werden kann.

Im Allgemeinen gelten alle Gesetze der klassischen Mechanik für das Funktionieren von Inertialbezugssystemen. Bei nicht-inertialen Konzepten ist die Situation völlig anders. Bei beschleunigter Koordinatenbewegung relativ zum Trägheitsrahmen selbst kann Newtons erstes Gesetz nicht verwendet werden - freie Körper darin ändern ihre Bewegungsgeschwindigkeit im Laufe der Zeit und hängen von der Bewegungsgeschwindigkeit und Energie anderer Substanzen ab.

Grenzen der Anwendbarkeit der Gesetze der klassischen Mechanik

Abbildung 3. Grenzen der Anwendbarkeit der Gesetze der klassischen Mechanik. Author24 - Online-Austausch von Studienarbeiten

Infolge der recht rasanten Entwicklung der Physik zu Beginn des 20. Jahrhunderts bildete sich ein gewisser Anwendungsbereich der klassischen Mechanik heraus: Ihre Gesetze und Postulate gelten für Bewegungen physikalischer Körper, deren Geschwindigkeit viel geringer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Es wurde festgestellt, dass mit zunehmender Geschwindigkeit die Masse jeder Substanz automatisch zunimmt.

Die Diskrepanz zwischen den Prinzipien in der klassischen Mechanik ging hauptsächlich von der Tatsache aus, dass die Zukunft in gewissem Sinne vollständig in der Gegenwart liegt - dies bestimmt die Wahrscheinlichkeit, das Verhalten des Systems in einem beliebigen Zeitraum genau vorherzusagen.

Bemerkung 2

Die Newtonsche Methode wurde sofort zum wichtigsten Werkzeug, um die Essenz der Natur und allen Lebens auf dem Planeten zu verstehen. Die Gesetze der Mechanik und Methoden der mathematischen Analyse zeigten bald ihre Wirksamkeit und Bedeutung. Das auf Messtechnik basierende physikalische Experiment lieferte den Wissenschaftlern eine bisher unerreichte Genauigkeit.

Physikalisches Wissen wurde zunehmend zur zentralen industriellen Technologie, die stimulierte allgemeine Entwicklung andere wichtige Naturwissenschaften.

In der Physik wurden alle zuvor isolierten Elektrizitäten, Licht, Magnetismus und Wärme ganz und vereint in der elektromagnetischen Hypothese. Und obwohl die Natur der Schwerkraft selbst ungewiss blieb, konnten ihre Auswirkungen berechnet werden. Bewährt und umgesetzt wurde das Konzept des mechanistischen Determinismus von Laplace, das von der Möglichkeit ausgeht, das Verhalten von Körpern jederzeit genau zu bestimmen, wenn die Anfangsbedingungen zunächst festgelegt sind.

Die Struktur der Mechanik als Wissenschaft schien ziemlich zuverlässig und solide und auch praktisch vollständig. Infolgedessen entstand der Eindruck, dass die Kenntnis der Physik und ihrer Gesetze kurz vor ihrem Finale steht - eine so mächtige Kraft zeigte die Grundlage der klassischen Physik.