Definiția 1

Mecanica este o ramură extinsă a fizicii care explorează legile schimbării pozițiilor corpuri fiziceîn spațiu și timp, precum și postulate bazate pe legile lui Newton.

Figura 1. Legea de bază a dinamicii. Autor24 - schimb online de lucrări ale studenților

Adesea, această direcție științifică a fizicii este numită „mecanica newtoniană”. Mecanica clasică de astăzi este împărțită în următoarele secțiuni:

• statică - examinează și descrie echilibrul corpurilor;
• cinematica - studiază caracteristicile geometrice ale mișcării fără a lua în considerare cauzele acesteia;
• dinamica – se ocupa cu studiul miscarii substantelor materiale.

Mișcarea mecanică este una dintre cele mai simple și în același timp cea mai răspândită formă a existenței materiei vii. Prin urmare, mecanica clasică ocupă un loc extrem de important în știința naturii și este considerată principala subdiviziune a fizicii.

Legile fundamentale ale mecanicii clasice

Mecanica clasică în postulatele sale studiază mișcarea corpurilor de lucru, cu viteze care sunt mult mai mici decât viteza luminii. Conform ipotezei speciale a relativității, nu există spațiu și timp absolut pentru elementele care se mișcă cu viteză mare. Ca urmare, natura interacțiunii substanțelor devine mai complicată, în special, masa lor începe să depindă de viteza de mișcare. Toate acestea au devenit obiectul de considerare al formulelor mecanicii relativiste, pentru care constanta vitezei luminii joacă un rol fundamental.

Mecanica clasică se bazează pe următoarele legi de bază.

1. Principiul relativității lui Galileo. Conform acestui principiu, există multe cadre de referință în care orice corp liber este în repaus sau se mișcă cu o viteză constantă în direcție. Aceste concepte în știință se numesc inerțiale și mă mișc unul față de celălalt în linie dreaptă și uniform.
2. Cele trei legi ale lui Newton. Primul stabilește prezența obligatorie a proprietății de inerție în corpurile fizice și postulează prezența unor astfel de concepte de numărare, în care mișcarea materiei libere are loc cu o viteză constantă. Al doilea postulat introduce conceptul de forță ca principală măsură a interacțiunii elementelor active și, pe baza unor fapte teoretice, postulează relația dintre accelerația unui corp, dimensiunea și inerția acestuia. A treia lege newtoniană - pentru fiecare forță care acționează asupra primului corp, există un factor de contracarare egal ca mărime și opus ca direcție.
3. Legea conservării energiei interne este o consecință a legilor lui Newton pentru sistemele stabile, închise, în care funcționează exclusiv forțe conservatoare. Forța mecanică totală a unui sistem închis de corpuri materiale între care numai energie termală, ramane constant.

Reguli de paralelogram în mecanică

Anumite consecințe decurg din trei teorii fundamentale ale mișcării corpului lui Newton, dintre care una este adiția totalul elemente conform regulii paralelogramului. Conform acestei idei, accelerarea oricărei substanțe fizice depinde de cantități care caracterizează în principal acțiunea altor corpuri care determină trăsăturile procesului în sine. Acțiune mecanică asupra obiectului studiat din lateral Mediul extern, care modifică radical viteza de mișcare a mai multor elemente deodată, se numește forță. Poate fi cu mai multe fațete în natură.

În mecanica clasică, care se ocupă de viteze mult mai mici decât viteza luminii, masa este considerată una dintre principalele caracteristici ale corpului însuși, indiferent dacă se află în mișcare sau în repaus. Masa unui corp fizic este independentă de interacțiunea materiei cu alte părți ale sistemului.

Observație 1

Astfel, masa a ajuns treptat să fie înțeleasă ca cantitatea de materie vie.

Stabilirea conceptelor de masă și forță, precum și metoda de măsurare a acestora, i-au permis lui Newton să descrie și să formuleze a doua lege a mecanicii clasice. Deci, masa este una dintre caracteristicile cheie ale materiei, care îi determină proprietățile gravitaționale și inerte.

Primul și al doilea principiu al mecanicii se referă, respectiv, la mișcarea sistematică a unui corp sau punct material. În acest caz, se ia în considerare doar acțiunea altor elemente dintr-un anumit concept. Cu toate acestea, orice acțiune fizică este interacțiune.

A treia lege a mecanicii fixează deja această afirmație și spune: unei acțiuni îi corespunde întotdeauna o reacție egală și direcționată opus. În formularea lui Newton, acest postulat al mecanicii este valabil numai pentru cazul unei interconexiuni directe de forțe sau cu un transfer brusc al acțiunii unui corp material la altul. În cazul deplasării pe o perioadă lungă de timp, legea a treia se aplică atunci când timpul de transmitere a acțiunii poate fi neglijat.

În general, toate legile mecanicii clasice sunt valabile pentru funcționarea sistemelor de referință inerțiale. În cazul conceptelor neinerțiale, situația este cu totul alta. Cu o mișcare accelerată a coordonatelor în raport cu sistemul inerțial însuși, prima lege a lui Newton nu poate fi folosită - corpurile libere din acesta își vor schimba viteza de mișcare în timp și depind de viteza de mișcare și de energia altor substanțe.

Limitele de aplicabilitate ale legilor mecanicii clasice

Figura 3. Limitele de aplicabilitate ale legilor mecanica clasica... Autor24 - schimb online de lucrări ale studenților

Ca urmare a dezvoltării destul de rapide a fizicii la începutul secolului al XX-lea, s-a format o anumită sferă de aplicare a mecanicii clasice: legile și postulatele sale sunt îndeplinite pentru mișcările corpurilor fizice, a căror viteză este mult mai mică decât viteza luminii. S-a stabilit că odată cu creșterea vitezei, masa oricărei substanțe va crește automat.

Discrepanța dintre principiile din mecanica clasică s-a bazat în principal pe faptul că viitorul în într-un anumit sens este complet în prezent - aceasta determină probabilitatea de a prezice cu precizie comportamentul sistemului la orice interval de timp.

Observația 2

Metoda newtoniană a devenit imediat principalul instrument de înțelegere a esenței naturii și a întregii vieți de pe planetă. Legile mecanicii și metodele de analiză matematică și-au arătat curând eficacitatea și importanța. Experimentul de fizică, care s-a bazat pe tehnologia de măsurare, a oferit oamenilor de știință o precizie fără precedent.

Cunoștințele fizice au devenit din ce în ce mai mult tehnologia industrială centrală, care a stimulat dezvoltare generală alte științe ale naturii importante.

În fizică, toată electricitatea, lumina, magnetismul și căldura izolate anterior au devenit întregi și combinate într-o ipoteză electromagnetică. Și deși însăși natura gravitației a rămas atât de nedefinită, acțiunile ei puteau fi calculate. A fost stabilit și implementat conceptul de determinism mecanicist al lui Laplace, care pornește din posibilitatea de a determina cu exactitate comportamentul corpurilor în orice moment în timp, dacă condițiile inițiale sunt determinate inițial.

Structura mecanicii ca știință părea destul de fiabilă și solidă, precum și aproape completă. Drept urmare, impresia a fost că cunoașterea fizicii și a legilor sale este aproape de finalul ei - o forță atât de puternică a fost demonstrată de fundamentul fizicii clasice.

Apariția mecanicii clasice a fost începutul transformării fizicii într-o știință riguroasă, adică un sistem de cunoaștere care afirmă adevărul, obiectivitatea, validitatea și verificabilitatea atât a principiilor sale inițiale, cât și a concluziilor sale finale. Acest eveniment a avut loc în secolul XVI-XVII și este asociat cu numele Galileo Galilei, René Descartes și Isaac Newton. Ei au fost cei care au realizat „matematizarea” naturii și au pus bazele viziunii experimental-matematice asupra naturii. Ei au prezentat natura ca un set de puncte „materiale” cu proprietăți geometrice spațial (formă), cantitativ-matematice (număr, mărime) și mecanice (mișcare) și relații cauza-efect aferente care pot fi exprimate în ecuații matematice.

Transformarea fizicii într-o știință riguroasă a fost inițiată de G. Galileo. Galileo a formulat o serie de principii și legi fundamentale ale mecanicii. Și anume:

- principiul inerției, conform căreia atunci când un corp se deplasează de-a lungul unui plan orizontal, fără a întâmpina nicio rezistență la mișcare, atunci mișcarea lui este uniformă și ar continua constant dacă planul s-ar extinde în spațiu fără capăt;

- principiul relativității, conform căreia în sistemele inerțiale toate legile mecanicii sunt aceleași și nu există posibilitatea, fiind în interior, de a determina dacă se mișcă rectiliniu și uniform sau este în repaus;

- principiul conservarii vitezeiși păstrarea intervalelor spațiale și temporale în timpul trecerii de la un sistem inerțial la altul. Acest faimos Transformarea galileană.

Viziunea holistică este logico-matematică sistem organizat concepte de bază, principii și legi ale mecanicii primite în lucrările lui Isaac Newton. În primul rând, în lucrarea sa „Principii matematice ale filosofiei naturale” În această lucrare, Newton introduce următoarele concepte: greutate, sau cantitatea de materie, inerţie sau proprietatea corpului de a rezista la schimbarea stării de odihnă sau de mișcare, greutatea ca măsură de masă, forta, sau acțiunea întreprinsă asupra corpului pentru a-și schimba starea.

Newton a făcut distincția între spațiu și timp absolut (adevărat, matematic), care nu depind de corpurile conținute în ele și sunt întotdeauna egale cu ei înșiși, și spațiu și timp relativ - părți mobile ale spațiului și durate de timp măsurate.

Un loc special în conceptul lui Newton îl ocupă doctrina lui gravitatie sau gravitația, în care combină mișcarea corpurilor „cerești” și terestre. Această predare include afirmații:

Severitatea unui corp este proporțională cu cantitatea de materie sau masa pe care o conține;

Gravitația este proporțională cu masa;

Gravitația sau gravitaţiași există forța care acționează între Pământ și Lună în proporție inversă cu pătratul distanței dintre ele;

Această forță gravitațională acționează între toate corpurile materiale aflate la distanță.

În ceea ce privește natura forței gravitației, Newton a spus: „Eu nu inventez ipoteze”.

Mecanica lui Galileo-Newton, dezvoltată în lucrările lui D. Alambert, Lagrange, Laplace, Hamilton ... ca urmare a primit o formă armonioasă care definește imaginea fizică a lumii din acea vreme. Această imagine s-a bazat pe principiile identității de sine a corpului fizic; independența sa față de spațiu și timp; determinism, adică o relație cauzală strictă, fără ambiguitate, între stările specifice ale corpurilor fizice; reversibilitatea tuturor proceselor fizice.

Termodinamica.

Studiile procesului de transformare a căldurii în muncă și invers, efectuate în secolul al XIX-lea de S. Kalno, R. Mayer, D. Joule, G. Gemholtz, R. Clausius, W. Thomson (Lord Kelvin), au condus la concluziile despre care R. Mayer scria: „Mișcarea, căldura..., electricitatea sunt fenomene care se măsoară între ele și se transformă unele în altele după anumite legi”. Gemholtz generalizează această afirmație a lui Mayer în concluzia: „Suma forțelor tensionate și vii existente în natură este constantă”. William Thomson a rafinat conceptul de „forțe intense și vii” la conceptele de energie potențială și cinetică, definind energia ca fiind capacitatea de a lucra. R. Clausius a rezumat aceste idei în formularea: „Energia lumii este constantă”. Astfel, prin eforturile comune ale comunității de fizicieni, un element fundamental pentru toate fizicele cunoașterea legii conservării și transformării energiei.

Studiile proceselor de conservare și conversie a energiei au condus la descoperirea unei alte legi - legea creșterii entropiei... „Tranziția căldurii de la un corp mai rece la unul mai cald”, a scris Clausius, „nu poate avea loc fără compensare”. Clausius a numit măsura capacității căldurii de a se transforma entropie. Esența entropiei este exprimată în faptul că, în orice sistem izolat, procesele ar trebui să se desfășoare în direcția transformării tuturor tipurilor de energie în căldură, egalând în același timp diferențele de temperatură existente în sistem. Aceasta înseamnă că procesele fizice reale sunt ireversibile. Principiul care afirmă tendința entropiei la maxim se numește a doua lege a termodinamicii. Primul principiu este legea conservării și transformării energiei.

Principiul creșterii entropiei a pus o serie de probleme pentru gândirea fizică: relația dintre reversibilitatea și ireversibilitatea proceselor fizice, formalitatea conservării energiei, care nu este capabilă să lucreze cu omogenitatea temperaturii corpurilor. Toate acestea au necesitat o fundamentare mai profundă a principiilor termodinamicii. În primul rând, natura căldurii.

O încercare de a o astfel de fundamentare a fost întreprinsă de Ludwig Boltzmann, care, bazându-se pe conceptul molecular-atomic al naturii căldurii, a ajuns la concluzia despre statistic natura celei de-a doua legi a termodinamicii, deoarece datorită numărului mare de molecule care alcătuiesc corpurile macroscopice și vitezei extreme și haosului mișcării lor, observăm doar valori medii... Determinarea valorilor medii este o sarcină a teoriei probabilităților. La echilibrul maxim de temperatură, haosul mișcării moleculare este de asemenea maxim, în care toată ordinea dispare. Se pune întrebarea: poate și, dacă da, cum, din haos, poate apărea din nou ordinea? Fizica va putea răspunde la aceasta abia după o sută de ani, introducând principiul simetriei și principiul sinergiei.

Electrodinamică.

Până la mijlocul secolului al XIX-lea, fizica fenomenelor electrice și magnetice ajunsese la o anumită finalizare. Au fost descoperite o serie dintre cele mai importante legi ale lui Coulomb, legea lui Ampere, legea inducției electromagnetice, legile curent continuu etc. Pe toate aceste legi s-au bazat principiul de rază lungă... Excepție au fost părerile lui Faraday, care credea că acțiunea electrică se transmite printr-un mediu continuu, adică pe baza principiul razei scurte... Pe baza ideilor lui Faraday, fizicianul englez J. Maxwell introduce conceptul câmp electromagneticși descrie starea materiei „descoperită” de el în ecuațiile sale. „... Câmpul electromagnetic”, scrie Maxwell, „este acea parte a spațiului care conține și înconjoară corpuri care se află într-o stare electrică sau magnetică”. Combinând ecuațiile câmpului electromagnetic, Maxwell obține ecuația de undă, care implică existența undele electromagnetice , a cărui viteză de propagare în aer este egală cu viteza luminii. Existența unor astfel de unde electromagnetice a fost confirmată experimental de fizicianul german Heinrich Hertz în 1888.

Pentru a explica interacțiunea undelor electromagnetice cu materia, fizicianul german Hendrik Anton Lorentz a formulat o ipoteză despre existența electron, adică o particule mică încărcată electric, care este prezentă în cantități uriașe în toate corpurile grele. Această ipoteză a explicat fenomenul de scindare a liniilor spectrale într-un câmp magnetic, descoperit în 1896 de către fizicianul german Zeeman. În 1897, Thomson a confirmat experimental prezența celei mai mici particule sau electron încărcate negativ.

Deci, în cadrul fizicii clasice, a apărut o imagine destul de armonioasă și completă a lumii, care descrie și explică mișcarea, gravitația, căldura, electricitatea și magnetismul, lumina. Acest lucru i-a dat lui Lord Kelvin (Thomson) un motiv să spună că construcția fizicii este practic finalizată, lipsesc doar câteva detalii...

În primul rând, s-a dovedit că ecuațiile lui Maxwell sunt neinvariante în cadrul transformărilor galileene. În al doilea rând, teoria eterului, ca sistem de coordonate absolut, de care sunt „legate” ecuațiile lui Maxwell, nu a găsit confirmare experimentală. Experimentul Michelson-Morley a arătat că viteza luminii nu are dependență de direcție într-un sistem de coordonate în mișcare Nu... Hendrik Lorentz, un susținător al conservării ecuațiilor lui Maxwell, „legând” aceste ecuații de eter ca cadru de referință absolut, a sacrificat principiul relativității lui Galileo, transformările acestuia și și-a formulat transformările. Din transformările lui G. Lorentz a rezultat că intervalele de spațiu și timp sunt neinvariante în trecerea de la un cadru inerțial de referință la altul. Totul ar fi bine, dar existența mediului absolut - eterul - nu a fost confirmată, după cum s-a notat, experimental. Aceasta este o criză.

Fizică neclasică. Teoria specială a relativității.

Descriind logica creării teoriei speciale a relativității, Albert Einstein într-o carte comună cu L. Infeld scrie: „Acum, să punem împreună acele fapte care au fost suficient verificate prin experiment, fără să ne mai îngrijorăm problema eterului:

1. Viteza luminii în spațiul gol este întotdeauna constantă, indiferent de mișcarea sursei sau receptorului de lumină.

2. În două sisteme de coordonate care se mișcă rectiliniu și uniform unul față de celălalt, toate legile naturii sunt strict aceleași și nu există nicio modalitate de a detecta mișcarea rectilinie și uniformă absolută ...

Prima afirmație exprimă constanța vitezei luminii, a doua generalizează principiul relativității lui Galileo, formulat pentru fenomene mecanice, la tot ceea ce se întâmplă în natură." începutul teoriei speciale a relativității. La cele două principii adoptate: constanța. a vitezei luminii și a echivalenței tuturor cadrelor de referință inerțiale, Einstein adaugă principiul invarianței tuturor legilor naturii în raport cu transformările lui H. Lorentz.De aceea, în toate sistemele inerțiale sunt valabile aceleași legi, iar trecerea de la un sistem la altul este dată de transformările Lorentz, ceea ce înseamnă că ritmul ceasului în mișcare și lungimea tijelor în mișcare depind de viteza: tija se va contracta la zero dacă viteza sa atinge viteza luminii, iar ritmul ceasului în mișcare încetinește, ceasul s-ar opri complet dacă s-ar putea mișca de la sk furia luminii.

Astfel, timpul absolut newtonian, spațiul, mișcarea, care erau, parcă, independente de corpurile în mișcare și de starea lor, au fost eliminate din fizică.

Teoria generală a relativității.

În cartea deja citată, Einstein întreabă: „Putem formula legile fizice în așa fel încât să fie valabile pentru toate sistemele de coordonate, nu numai pentru sistemele care se mișcă rectiliniu și uniform, ci și pentru sistemele care se mișcă complet arbitrar unul față de celălalt? „... Și el răspunde: „Se dovedește a fi posibil”.

După ce și-au pierdut în teoria relativității speciale „independența” față de corpurile în mișcare și unul față de celălalt, spațiul și timpul, așa cum ar fi, „s-au găsit” unul pe celălalt într-un singur continuum spațial-timp cu patru dimensiuni. Autorul continuum-ului, matematicianul Hermann Minkowski, a publicat în 1908 lucrarea „Fundamentul teoriei proceselor electromagnetice”, în care susținea că de acum înainte spațiul însuși și timpul însuși ar trebui reduse la rolul de umbre, și numai un fel de conexiune a ambelor ar trebui să-și păstreze în continuare independența. A. Ideea lui Einstein a fost să reprezintă toate legile fizice ca proprietăți a acestui continuum ca sa metric... Din această nouă poziție, Einstein a luat în considerare legea gravitației lui Newton. In loc de gravitatie a început să opereze câmp gravitațional... Câmpurile gravitaționale au fost incluse în continuumul spațiu-timp ca „curbura” a acestuia. Metrica continuum a devenit o metrică non-euclidiană, „riemanniană”. „Curbura” continuumului a ajuns să fie privită ca rezultat al distribuției maselor care se mișcă în el. Noua teorie a explicat traiectoria de rotație a lui Mercur în jurul Soarelui, care este în contradicție cu legea gravitației lui Newton, precum și deviația unei raze de lumină a stelelor care trece în apropierea Soarelui.

Deci conceptul de „sistem de coordonate inerțiale” a fost eliminat din fizică și enunțul generalizat principiul relativității: orice sistem de coordonate este la fel de potrivit pentru descrierea fenomenelor naturale.

Mecanica cuantică.

Al doilea, potrivit lui Lord Kelvin (Thomson), elementul lipsă pentru finalizarea construcției fizicii la începutul secolelor XIX-XX a fost o discrepanță serioasă între teorie și experiment în studiul legilor. Radiație termala corp absolut negru. Conform teoriei predominante, ar trebui să fie continuu, continuu... Totuși, acest lucru a condus la concluzii paradoxale, cum ar fi faptul că energia totală emisă de un corp negru la o anumită temperatură este egală cu infinitul (formula Rayleigh-Gene). Pentru a rezolva problema, fizicianul german Max Planck a formulat în 1900 o ipoteză conform căreia materia nu poate emite sau absorbi energie decât în ​​porțiuni finite (cuante) proporționale cu frecvența emisă (sau absorbită). Energia unei porțiuni (cuantică) E = hn, unde n este frecvența radiației și h este o constantă universală. Ipoteza lui Planck a fost folosită de Einstein pentru a explica efectul fotoelectric. Einstein a introdus conceptul de cuantum de lumină sau foton. El a mai sugerat că ușoară, în conformitate cu formula Planck, are atât proprietăți de undă, cât și proprietăți cuantice. În comunitatea fizicienilor au început să se vorbească despre dualitatea undă-particulă, mai ales că în 1923 a fost descoperit un alt fenomen care confirmă existența fotonilor – efectul Compton.

În 1924, Louis de Broglie a extins ideea naturii duble undă-particule a luminii la toate particulele de materie, introducând conceptul de valuri de materie... Prin urmare, putem vorbi despre proprietățile undei ale electronului, de exemplu, despre difracția electronului, care au fost stabilite experimental. Cu toate acestea, experimentele lui R. Feynman de „bombardare” a unui scut cu două găuri cu electroni au arătat că este imposibil, pe de o parte, să se spună prin ce gaură zboară electronul, adică să se determine cu exactitate coordonatele sale, iar pe de altă parte. de mână, pentru a nu distorsiona tiparele de distribuție a electronilor înregistrați, fără a încălca natura interferenței. Aceasta înseamnă că putem cunoaște fie coordonatele electronului, fie impulsul, dar nu ambele împreună.

Acest experiment a pus sub semnul întrebării însuși conceptul de particule în sensul clasic de localizare exactă în spațiu și timp.

Explicația comportamentului „non-clasic” al microparticulelor a fost dată pentru prima dată de fizicianul german Werner Heisenberg. Acesta din urmă a formulat legea mișcării unei microparticule, conform căreia cunoașterea coordonatei exacte a unei particule duce la o incertitudine completă a impulsului acesteia și invers, cunoașterea exactă a impulsului unei particule duce la o incertitudine completă a coordonatei sale. V. Heisenberg a stabilit raportul incertitudinilor în valorile coordonatei și impulsului unei microparticule:

Dх * DР х ³ h, unde Dх - incertitudinea în valoarea coordonatei; DP x - incertitudinea valorii impulsului; h este constanta lui Planck. Această lege și relația de incertitudine au fost numite principiul incertitudinii Heisenberg.

Analizând principiul incertitudinii, fizicianul danez Niels Bohr a arătat că, în funcție de formularea experimentului, o microparticulă își dezvăluie fie natura corpusculară, fie natura ondulatorie, dar nu amândouă deodată... În consecință, aceste două naturi de microparticule se exclud reciproc și, în același timp, ar trebui considerate ca fiind complementare una cu cealaltă, iar descrierea lor se bazează pe două clase de situații experimentale (corpusculare și ondulatorii) - o descriere integrală a unei microparticule. Nu există o particulă „în sine”, ci un sistem „particulă - dispozitiv”. Aceste concluzii ale lui N. Bohr au fost numite principiul complementaritatii.

Incertitudinea și complementaritatea se dovedesc a fi în cadrul acestei abordări nu o măsură a ignoranței noastre, ci proprietăți obiective ale microparticulelor, microcosmosul în ansamblu. De aici rezultă că legile statistice, probabilistice, se află în profunzimea realității fizice, iar legile dinamice ale unei relații cauzale fără ambiguitate sunt doar un anumit caz particular și idealizat al expresiei legilor statistice.

Mecanica cuantică relativistă.

În 1927, fizicianul englez Paul Dirac a atras atenția asupra faptului că pentru a descrie mișcarea microparticulelor descoperite până la acea vreme: un electron, un proton și un foton, deoarece se mișcă cu viteze apropiate de viteza luminii, se folosește este necesară teoria relativității speciale. Dirac a compilat o ecuație care a descris mișcarea unui electron, ținând cont de legile și mecanica cuantică, și teoria relativității a lui Einstein. Această ecuație a fost satisfăcută de două soluții: o soluție a dat un electron cunoscut cu energie pozitivă, cealaltă - un electron geamăn necunoscut, dar cu energie negativă. Așa a apărut conceptul de particule și antiparticule simetrice față de acestea. Acest lucru a ridicat întrebarea: este vidul gol? După „expulzarea” de către Einstein a eterului, acesta părea fără îndoială gol.

Conceptele moderne, bine dovedite, spun că vidul este „gol” doar în medie. Se naște și dispare în mod constant o cantitate mare particule virtuale și antiparticule. Acest lucru nu contrazice principiul incertitudinii, care are și expresia DE * Dt ³ h. Aspirați teoria cuantica câmpul este definit ca starea de energie cea mai scăzută a unui câmp cuantic, a cărui energie este zero doar în medie. Deci, vidul este „ceva” numit „nimic”.

Spre construirea unei teorii unificate a câmpului.

În 1918, Emmy Noether a demonstrat că, dacă un sistem este invariant sub o transformare globală, atunci există o anumită cantitate de conservare pentru el. De aici rezultă că legea conservării (energiei) este o consecință a simetrii existente în spațiu-timp real.

Simetria ca concept filozofic înseamnă procesul de existență și formare a unor momente identice între stări diferite și opuse ale fenomenelor lumii. Aceasta înseamnă că, atunci când se studiază simetria oricăror sisteme, este necesar să se ia în considerare comportamentul acestora la diferite transformări și să se selecteze în întregul set de transformări pe cele care lasă neschimbat, invariant unele funcţii corespunzătoare sistemelor luate în considerare.

V fizica modernă este folosit conceptul simetrie gabarit... Prin calibrare, lucrătorii feroviari înțeleg trecerea de la un ecartament îngust la unul larg. În fizică, calibrarea a fost inițial și o schimbare de nivel sau scară. În relativitatea specială, legile fizicii nu se schimbă în ceea ce privește transferul sau deplasarea la calibrarea distanței. În simetria gauge, cerința de invarianță generează un anumit tip specific de interacțiune. În consecință, invarianța gauge ne permite să răspundem la întrebarea: „De ce și de ce există astfel de interacțiuni în natură?” În prezent, în fizică, este determinată existența a patru tipuri interacțiuni fizice: gravitațional, puternic, electromagnetic și slab. Toate au o natură gauge și sunt descrise prin simetrii gauge, care sunt reprezentări diferite ale grupurilor Lie. Aceasta sugerează existența unui primar câmp supersimetric, în care încă nu există nicio distincție între tipurile de interacțiuni. Diferențele, tipurile de interacțiune sunt rezultatul ruperii spontane, spontane a simetriei vidului inițial. Evoluţia universului apare atunci ca proces sinergic de auto-organizare: în procesul de expansiune dintr-o stare supersimetrică de vid, Universul s-a încălzit până la un „big bang”. Următorul curs al istoriei sale a trecut prin puncte critice - puncte de bifurcație, la care a avut loc ruperea spontană a simetriei vidului inițial. Afirmație sisteme de auto-organizare peste ruperea spontană a tipului original de simetrie la punctele de bifurcație si aici este principiul sinergiei.

Alegerea direcției de autoorganizare la punctele de bifurcație, adică la punctele de rupere spontană a simetriei originale, nu este întâmplătoare. Este definit, parcă, prin „proiectul” unei persoane deja prezente la nivelul supersimetriei vidului, adică „proiectul” unei ființe care se întreabă de ce lumea este așa. aceasta principiul antropic, care a fost formulat în fizică în 1962 de D. Dicke.

Principiile relativității, incertitudinii, complementarității, simetriei, sinergiei, principiul antropic, precum și afirmarea naturii fundamentale profunde a relațiilor probabilistice cauză-efect în raport cu relațiile cauzale dinamice, lipsite de ambiguitate și constituie structura conceptuală a gestalt-ului modern, imaginea realității fizice.

Literatură

1. Akhiezer A.I., Rekalo M.P. Imagine fizică modernă a lumii. M., 1980.

2. Bohr N. Fizica atomică și cunoașterea umană. M., 1961.

3. Bohr N. Cauzalitate și complementaritate // Bohr N. Lucrări științifice selectate în 2 volume Vol. 2. M., 1971.

4. Născut M. Fizica în viața generației mele, M., 1061.

5. Broglie L. De. O revoluție în fizică. M., 1963

6. Heisenberg V. Fizică și filozofie. Parte și întreg. M. 1989.

8. Einstein A., Infeld L. Evolution of physics. M., 1965.

Mecanica este o ramură a fizicii care studiază una dintre cele mai simple și mai generale forme de mișcare din natură, numită mișcare mecanică.

Mișcare mecanică constă în schimbarea în timp a poziţiei corpurilor sau a părţilor lor unele faţă de altele. Deci mișcarea mecanică este realizată de planete care se rotesc pe orbite închise în jurul Soarelui; diverse corpuri care se deplasează pe suprafața Pământului; electronii care se deplasează sub influența unui câmp electromagnetic etc. Mișcarea mecanică este prezentă în altele forme complexe materia ca o componentă, dar nu o parte exhaustivă.

În funcție de natura obiectelor studiate, mecanica se împarte în mecanica unui punct material, mecanica unui corp rigid și mecanica unui mediu continuu.

Principiile mecanicii au fost formulate pentru prima dată de I. Newton (1687) pe baza unui studiu experimental al mișcării macrocorpurilor cu viteze mici în comparație cu viteza luminii în vid (3 · 10 8 m/s).

Macroteluri ei numesc corpuri obișnuite care ne înconjoară, adică corpuri formate dintr-un număr enorm de molecule și atomi.

Mecanica care studiază mișcarea macro-corpurilor cu viteze mult mai mici decât viteza luminii în vid este numită clasică.

Mecanica clasică se bazează pe următoarele idei ale lui Newton despre proprietățile spațiului și timpului.

Orice proces fizic curge în spațiu și timp. Acest lucru este evident cel puțin din faptul că în toate domeniile fenomenelor fizice, fiecare lege conține în mod explicit sau implicit mărimi spațiu-timp - distanțe și intervale de timp.

Spațiul, care are trei dimensiuni, se supune geometriei euclidiene, adică este plat.

Distanțele sunt măsurate prin scale, a cărei principală proprietate este că două scale care odată coincis în lungime rămân întotdeauna egale una cu cealaltă, adică coincid cu fiecare suprapunere ulterioară.

Intervalele de timp sunt măsurate în ore, iar rolul acestora din urmă poate fi îndeplinit de orice sistem care efectuează un proces repetitiv.

Principala caracteristică a conceptelor mecanicii clasice despre dimensiunea corpurilor și intervalele de timp este lor absolutitatea: scara are întotdeauna aceeași lungime, indiferent de modul în care se mișcă în raport cu observatorul; două ceasuri, care au același curs și sunt odată aduse în corespondență între ele, arată aceeași oră indiferent de modul în care se mișcă.

Spațiul și timpul au proprietăți remarcabile simetrie impunând restricții asupra cursului anumitor procese în ele. Aceste proprietăți au fost stabilite prin experiență și par la prima vedere atât de evidente încât nu pare să fie nevoie să le evidențiem și să ne ocupăm de ele. Între timp, nu fiți simetrie spațială și temporală, nu știință fizică nu putea nici să apară, nici să se dezvolte.

Se dovedește că spațiu uniformși izotrop iar timpul este uniform.

Omogenitatea spațiului constă în faptul că la fel fenomene fiziceîn aceleaşi condiţii se efectuează în acelaşi mod în părți diferite spaţiu. Toate punctele din spațiu, astfel, sunt complet indistinse, egale și oricare dintre ele poate fi luat ca origine a sistemului de coordonate. Omogenitatea spațiului se manifestă în legea conservării impulsului.

Spațiul are și izotropie: aceleași proprietăți în toate direcțiile. Izotropia spațiului se manifestă în legea conservării momentului unghiular.

Omogenitatea timpului constă în faptul că toate momentele de timp sunt de asemenea egale, echivalente, adică mersul acelorași fenomene în aceleași condiții este același, indiferent de momentul implementării și observării lor.

Uniformitatea timpului se manifestă în legea conservării energiei.

Nu fi aceste proprietăți de omogenitate, stabilite la Minsk legea fizică ar fi nedrept la Moscova, iar deschis astăzi în același loc ar putea fi nedrept mâine.

În mecanica clasică este recunoscută valabilitatea legii inerției Galileo-Newton, conform căreia un corp, nesupus acțiunii altor corpuri, se mișcă rectiliniu și uniform. Această lege afirmă existența cadrelor de referință inerțiale în care sunt îndeplinite legile lui Newton (precum și principiul relativității lui Galileo). Principiul relativității lui Galileo afirmă că toate cadrele de referință inerțiale sunt echivalente mecanic între ele, toate legile mecanicii sunt aceleași în aceste cadre de referință sau, cu alte cuvinte, sunt invariante în raport cu transformările lui Galileo, exprimând legătura spațiu-timp a oricărui eveniment în cadre de referință inerțiale diferite. Transformările lui Galileo arată că coordonatele oricărui eveniment sunt relative, adică au sensuri diferite v sisteme diferite numărătoare inversă; momentele de timp în care a avut loc evenimentul sunt aceleași în sisteme diferite. Aceasta din urmă înseamnă că timpul curge în același mod în diferite cadre de referință. Această împrejurare părea atât de evidentă încât nici măcar nu era stipulată ca un postulat special.

În mecanica clasică se respectă principiul acțiunii la distanță lungă: interacțiunile corpurilor se propagă instantaneu, adică cu o viteză infinit de mare.

În funcție de vitezele cu care se mișcă corpurile și care sunt dimensiunile corpurilor în sine, mecanica se împarte în clasică, relativistă, cuantică.

După cum sa indicat deja, legile mecanica clasica sunt aplicabile numai mișcării macro-corpurilor, a căror masă este mult mai mare decât masa unui atom, la viteze mici în comparație cu viteza luminii în vid.

Mecanica relativistă ia în considerare mișcarea macro-corpurilor cu viteze apropiate de viteza luminii în vid.

Mecanica cuantică- mecanica microparticulelor care se deplasează cu viteze mult mai mici decât viteza luminii în vid.

Cuantica relativistă mecanică - mecanica microparticulelor care se mișcă cu viteze apropiate de viteza luminii în vid.

Pentru a determina dacă o particulă aparține celor macroscopice, dacă formulele clasice îi sunt aplicabile, trebuie să utilizați principiul incertitudinii Heisenberg... Conform mecanicii cuantice, particulele reale pot fi caracterizate prin coordonate și impuls numai cu o anumită precizie. Limita acestei acuratețe este definită după cum urmează

Unde
ΔX - incertitudinea coordonatelor;
ΔP x este incertitudinea proiecției pe axa impulsurilor;
h - constanta lui Planck egală cu 1,05 · 10 -34 J · s;
„≥” - mai mult decât o valoare, de ordinul...

Înlocuind impulsul cu produsul dintre masă și viteză, putem scrie

Din formula se poate observa că cu cât masa particulelor este mai mică, cu atât coordonatele și viteza acesteia devin mai puțin definite. Pentru corpurile macroscopice, aplicabilitate practică mod clasic descrierea mișcării este fără îndoială. Să presupunem, de exemplu, că este vorba asupra mișcării unei mingi cu masa de 1 g. De obicei, poziția bilei poate fi determinată practic cu o precizie de o zecime sau o sutime de milimetru. În orice caz, nu are sens să vorbim despre o eroare în determinarea poziției unei bile mai mici decât dimensiunea unui atom. Prin urmare, stabilim ΔX = 10 -10 m. Apoi din relația de incertitudine găsim

Micimea simultană a valorilor ΔX și ΔV x este o dovadă a aplicabilității practice a metodei clasice de descriere a mișcării macro-obiectelor.

Luați în considerare mișcarea unui electron într-un atom de hidrogen. Masa unui electron este de 9,1 10 -31 kg. Eroarea în poziția electronului ΔX în orice caz nu trebuie să depășească dimensiunea atomului, adică ΔX<10 -10 м. Но тогда из соотношения неопределенностей получаем

Această valoare este chiar mai mare decât viteza unui electron într-un atom, care este egală în ordinea mărimii cu 10 6 m / s. În această situație, tabloul clasic al mișcării își pierde orice sens.

Mecanica se împarte în cinematică, statică și dinamică... Cinematica descrie mișcarea corpurilor fără a fi interesată de motivele acestei mișcări; statica are în vedere condiţiile de echilibru ale corpurilor; dinamica studiază mișcarea corpurilor în legătură cu acele motive (interacțiuni între corpuri) care determină unul sau altul caracter al mișcării.

Mișcările reale ale corpurilor sunt atât de complexe încât, în timp ce le studiem, este necesar să facem abstracție de la detaliile care sunt nesemnificative pentru mișcarea luată în considerare (altfel problema ar deveni atât de complicată încât ar fi practic imposibil de rezolvat). În acest scop se folosesc concepte (abstractări, idealizări), a căror aplicabilitate depinde de natura specifică a problemei care ne interesează, precum și de gradul de acuratețe cu care dorim să obținem rezultatul. Printre aceste concepte, un rol important îl joacă conceptele un punct material, un sistem de puncte materiale, un corp absolut rigid.

Un punct material este un concept fizic cu ajutorul căruia este descrisă mișcarea de translație a unui corp, dacă doar dimensiunile sale liniare sunt mici în comparație cu dimensiunile liniare ale altor corpuri în cadrul unei precizii date de determinare a coordonatelor corpului, în plus, i se atribuie masa corpului.

Punctele materiale nu există în natură. Unul și același corp, în funcție de condiții, poate fi considerat fie ca punct material, fie ca corp de dimensiuni finite. Deci, Pământul care se mișcă în jurul Soarelui poate fi considerat un punct material. Dar când se studiază rotația Pământului în jurul axei sale, acesta nu mai poate fi considerat un punct material, deoarece natura acestei mișcări este influențată semnificativ de forma și dimensiunea Pământului și de calea parcursă de orice punct de pe pământ. suprafața într-un timp egal cu perioada de revoluție în jurul axei sale este comparabilă cu dimensiunile liniare ale globului. Un avion poate fi privit ca un punct material dacă studiem mișcarea centrului său de masă. Dar dacă este necesar să se țină cont de influența mediului sau să se determine forțele în părți individuale ale aeronavei, atunci trebuie să considerăm aeronava ca un corp absolut rigid.

Un corp absolut rigid se numește corp, ale cărui deformații pot fi neglijate în condițiile acestei probleme.

Sistemul de puncte materiale este o colecție a corpurilor considerate, care sunt puncte materiale.

Studiul mișcării unui sistem arbitrar de corpuri se reduce la studiul unui sistem de puncte materiale care interacționează. Prin urmare, în mod firesc, începeți studiul mecanicii clasice de la mecanica unui punct material și apoi continuați să studiați sistemul de puncte materiale.

Fundamentele mecanicii clasice

Mecanica- o ramură a fizicii care studiază legile mișcării mecanice a corpurilor.

Corp- obiect material material.

Mișcare mecanică- schimbarea prevederi corpul sau părți ale acestuia în spațiu în timp.

Aristotel a reprezentat acest tip de mișcare ca o schimbare directă de către corpul locului său în raport cu alte corpuri, deoarece în fizica sa lumea materială era indisolubil legată de spațiu, exista cu el. El considera timpul ca o măsură a mișcării corpului. Schimbările ulterioare ale vederilor asupra naturii mișcării au condus la separarea treptată a spațiului și timpului de corpurile fizice. In cele din urma, absolutizare spaţiul şi timpul de către Newton în general le-au adus dincolo de limitele experienţei posibile.

Cu toate acestea, această abordare a făcut posibilă până la sfârșitul secolului al XVIII-lea construirea unui complet sistemul mecanicii se numesc acum clasic. Clasicitatea este ca:

1) descrie majoritatea fenomenelor mecanice din macrocosmos, folosind un număr mic de definiții și axiome inițiale;

2) este strict justificată matematic;

3) este adesea folosit în domenii mai specifice ale științei.

Experiența arată că mecanica clasica aplicabila la descrierea mișcării corpurilor cu viteze υ<< с ≈ 3·10 8 м/с. Ее основные разделы:

1) statica studiază condiţiile de echilibru ale corpurilor;

2) cinematica - mișcarea corpurilor fără a ține cont de cauzele acesteia;

3) dinamică - influența interacțiunii corpurilor asupra mișcării lor.

Principalul concepte de mecanică:

1) Un sistem mecanic este un set de corpuri selectat mental, care sunt esențiale pentru o anumită sarcină.

2) Punct material - un corp, a cărui formă și dimensiune pot fi neglijate în cadrul acestei probleme. Corpul poate fi reprezentat ca un sistem de puncte materiale.

3) Un corp absolut rigid este un corp, a cărui distanță dintre oricare două puncte nu se modifică în condițiile unei probleme date.

4) Relativitatea mișcării constă în faptul că o modificare a poziției unui corp în spațiu poate fi stabilită numai în raport cu alte corpuri.

5) Corpul de referință (TO) este un corp absolut rigid, în raport cu care se ia în considerare mișcarea în această problemă.

6) Sistem de referință (CO) = (TO + SK + ceas). Originea sistemului de coordonate (SC) este aliniată cu un punct TO. Ceasul măsoară perioade de timp.

SC cartezian:

Figura 5

Poziţie este descris punctul material M vector raza punctului, - proiecția sa pe axele de coordonate.

Dacă stabilim momentul inițial de timp t 0 = 0, atunci se va descrie mișcarea punctului M funcție vectorială sau trei funcții scalare X(t),y(t), z(t).

Caracteristicile liniare ale mișcării unui punct material:

1) traiectorie - linia de mișcare a unui punct material (curbă geometrică),

2) cale ( S) Este distanța parcursă de-a lungul unei perioade de timp,

3) mutare,

4) viteza,

5) accelerare.

Orice mișcare a unui corp rigid poate fi redusă la două tipuri principale - progresivăși rotativîn jurul unei axe fixe.

Mișcare de translație- astfel încât linia dreaptă care leagă oricare două puncte ale corpului să rămână paralelă cu poziția inițială. Apoi toate punctele se mișcă în același mod și mișcarea întregului corp poate fi descrisă mișcare de un punct.

Rotațieîn jurul unei axe fixe - o astfel de mișcare în care există o linie dreaptă legată rigid de corp, toate punctele care rămân nemișcate într-un anumit FR. Traiectoriile punctelor rămase sunt cercuri cu centre pe această dreaptă. În acest caz, este convenabil caracteristici unghiulare mişcări care sunt la fel pentru toate punctele corpului.

Caracteristicile unghiulare ale mișcării unui punct material:

1) unghiul de rotație (traseu unghiular), măsurat în radiani [rad], unde r- raza traiectoriei punctului,

2) deplasarea unghiulară, al cărei modul este unghiul de rotație într-o perioadă scurtă de timp dt,

3) viteza unghiulara,

4) accelerația unghiulară.

Figura 6

Relația dintre caracteristicile unghiulare și liniare:

Utilizări dinamice conceptul de putere, măsurată în newtoni (H), ca măsură a impactului unui corp asupra altuia. Acest impact este motivul mișcării.

Principiul suprapunerii forțelor- efectul rezultat al acţiunii mai multor corpuri asupra organismului este egal cu suma efectelor acţiunilor fiecăruia dintre aceste corpuri separat. Mărimea se numește forță rezultantă și caracterizează efectul echivalent asupra corpului n Tel.

legile lui Newton rezuma faptele experimentale ale mecanicii.

Prima lege a lui Newton... Există cadre de referință în raport cu care un punct material menține o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă în absența unui efect de forță asupra acestuia, de exemplu. daca atunci.

O astfel de mișcare se numește mișcare inerțială sau mișcare inerțială și, prin urmare, cadrele de referință în care este îndeplinită prima lege a lui Newton se numesc inerțială(ISO).

a doua lege a lui Newton... , unde este impulsul unui punct material, m- masa sa, de ex. dacă, atunci și, în consecință, mișcarea nu va mai fi inerțială.

a 3-a lege a lui Newton... Când două puncte materiale interacționează, forțele și apar, aplicate ambelor puncte și.

Mecanica este studiul echilibrului și mișcării corpurilor (sau părților lor) în spațiu și timp. Mișcarea mecanică este cea mai simplă și în același timp (pentru oameni) cea mai răspândită formă a existenței materiei. Prin urmare, mecanica ocupă un loc extrem de important în știința naturii și este principala subdiviziune a fizicii. A apărut din punct de vedere istoric și s-a format ca știință mai devreme decât alte subsecțiuni ale științelor naturale.

Mecanica include statica, cinematica si dinamica. In statica se studiaza conditiile de echilibru a corpurilor, in cinematica - miscarea corpurilor din punct de vedere geometric, i.e. fără a ține cont de acțiunea forțelor, iar în dinamică - luând în considerare aceste forțe. Statica și cinematica sunt adesea privite ca o introducere în dinamică, deși au și un sens în sine.

Până acum, prin mecanică, am înțeles mecanica clasică, a cărei construcție a fost finalizată la începutul secolului XX. În cadrul fizicii moderne, mai există două mecanici - cuantică și relativistă. Dar vom arunca o privire mai atentă asupra mecanicii clasice.

Mecanica clasică consideră mișcarea corpurilor cu viteze mult mai mici decât viteza luminii. Conform teoriei relativității speciale, pentru corpurile care se mișcă cu viteze mari apropiate de viteza luminii, nu există timp absolut și spațiu absolut. Prin urmare, natura interacțiunii corpurilor devine mai complicată, în special, masa corpului, se dovedește, depinde de viteza de mișcare a acestuia. Toate acestea au făcut obiectul unei analize a mecanicii relativiste, pentru care constanta vitezei luminii joacă un rol fundamental.

Mecanica clasică se bazează pe următoarele legi de bază.

Principiul relativității lui Galileo

Conform acestui principiu, există infinit de cadre de referință în care un corp liber este în repaus sau se mișcă cu o constantă de viteză în valoare și direcție absolută. Aceste cadre de referință se numesc inerțiale și se deplasează unul față de celălalt uniform și rectiliniu. Acest principiu poate fi formulat și ca absența cadrelor de referință absolute, adică a cadrelor de referință care se disting cumva în raport cu altele.

Baza mecanicii clasice sunt cele trei legi ale lui Newton.

• 1. Orice corp material menține o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă până când impactul altor corpuri îl obligă să schimbe această stare. Dorința corpului de a menține o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă se numește inerție. Prin urmare, prima lege se mai numește și legea inerției.
• 2. Accelerația dobândită de corp este direct proporțională cu forța care acționează asupra corpului și invers proporțională cu masa corpului.
• 3. Forțele cu care corpurile care interacționează acționează unele asupra altora sunt egale ca mărime și opuse ca direcție.

Cunoaștem a doua lege a lui Newton sub formă

stiintele naturii legea mecanicii clasice

F = m H a, sau a = F / m,

unde accelerația a, primită de corp sub acțiunea forței F, este invers proporțională cu masa corporală m.

Prima lege poate fi obținută din a doua, deoarece în absența acțiunii asupra corpului a altor forțe, accelerația este și ea egală cu zero. Cu toate acestea, prima lege este considerată drept o lege independentă, deoarece afirmă existența cadrelor de referință inerțiale. Într-o formulare matematică, a doua lege a lui Newton este cel mai adesea scrisă sub următoarea formă:

unde este vectorul rezultat al forțelor care acționează asupra corpului; este vectorul de accelerație al corpului; m este greutatea corporală.

A treia lege a lui Newton clarifică unele proprietăți ale conceptului de forță introdus în a doua lege. El postulează prezența pentru fiecare forță care acționează asupra primului corp din partea celui de-al doilea, egală ca mărime și opusă în direcție forței care acționează asupra celui de-al doilea corp din partea primului. Prezența celei de-a treia legi a lui Newton asigură îndeplinirea legii conservării impulsului pentru un sistem de corpuri.

Legea conservării impulsului

Această lege este o consecință a legilor lui Newton pentru sistemele închise, adică sistemele asupra cărora nu acționează forțele externe sau acțiunile forțelor externe sunt compensate și forța rezultată este zero. Dintr-un punct de vedere mai fundamental, există o relație între legea conservării impulsului și omogenitatea spațiului, exprimată prin teorema lui Noether.

Legea conservării energiei

Legea conservării energiei este o consecință a legilor lui Newton pentru sistemele conservative închise, adică sistemele în care acționează doar forțele conservatoare. Energia dată de un corp altuia este întotdeauna egală cu energia primită de alt corp. Pentru o evaluare cantitativă a procesului de schimb de energie între corpurile care interacționează în mecanică este introdus conceptul de lucru al unei forțe care provoacă mișcarea. Forța care provoacă mișcarea corpului face munca, iar energia corpului în mișcare crește cu cantitatea de muncă cheltuită. După cum știți, un corp de masă m, care se mișcă cu viteza v, are energie cinetică

Energia potențială este energia mecanică a unui sistem de corpuri care interacționează prin câmpuri de forțe, de exemplu, prin forțe gravitaționale. Munca efectuată de aceste forțe, atunci când corpul se deplasează dintr-o poziție în alta, nu depinde de traiectoria mișcării, ci depinde doar de poziția inițială și finală a corpului în câmpul de forță. Forțele gravitaționale sunt forțe conservative, iar energia potențială a unui corp de masă m, ridicat la o înălțime h deasupra suprafeței Pământului, este

E pot = mgh,

unde g este accelerația datorată gravitației.

Energia mecanică totală este egală cu suma energiei cinetice și potențiale.