Творцами классической механики являются Галилей, Кеплер и Ньютон. Механика стала первым лидером только что возникшего в качестве самостоятельной науки естествознания.
Галилео Галилей (1564-1642) внес важный вклад в утверждение гелиоцентрической системы мира, открыл закон инерции, принцип относительности, установил закономерности свободного падения тел. Внес большой вклад в развитие астрономии: открыл горы на Луне, фазы Венеры, спутники Юпитера, пятна на поверхности Солнца. Принцип относительности Галилея давал ответ на возникший вопрос, почему мы не замечаем движения Земли. Согласно этому принципу во всех инерциальных системах отсчета законы движения проявляются одинаково. Это означает, что никакими механическими опытами нельзя отличить равномерное прямолинейное движение от состояния покоя. Правда, движение Земли не является прямолинейным, но люди и окружающие их вещи слишком малы, чтобы ощутить действие центробежной силы. Однако с помощью маятника Фуко вращение Земли обнаружить легко.
Кеплер (1571-1630) открыл законы движения планет, установил, что их орбиты являются эллиптическими, а не круговыми, как у Коперника. Эллиптические орбиты требовали отказа от идеи небесных сфер Птоломея. Но тогда возникает вопрос: В чем состоит общая причина движения планет? Размышления привели Кеплера к заключению, что эту причину надо искать в том, что движением планет управляет Солнце. Этим Кеплер ниспровергал установившуюся картину близкодействия и впервые выдвинул идею дальнодействия. Но полный ответ вопросы Кеплера получили лишь у Ньютона, который завершил создание новой картины мира, основанной на уравнениях механики.
Ньютон (1643-1727) открыл закон всемирного тяготения и три основных закона механики, создал теорию движения небесных тел и теорию цветов.
Гениальным вкладом Ньютона в построение основ современной физики явилось введение понятия массы. Все материальные тела обладают собственной массой. В отличие от веса тела его масса есть величина постоянная. Масса есть причина гравитации.
В 1687 году Исаак Ньютон издал свою важнейшую работу “Начала”. Величайшей заслугой Ньютона было полное описание динамики движущихся тел.
Первый закон Ньютона или закон инерции: если действующая на тело результирующая сила равна нулю, то ускорение тела равно нулю и тело движется с постоянной скоростью. Таким образом, если к телу, находящемуся в состоянии покоя, не приложено никаких сил, оно продолжает оставаться в состоянии покоя; если тело движется, оно сохраняет постоянную скорость.
Второй закон Ньютона: Ускоренное движение тела может быть вызвано только силой, приложенной к этому телу. Ускорение пропорционально действующей на тело силе, причем коэффициент пропорциональности характеризует инерцию, или массу тела, т.е. F=ma.
Третий закон Ньютона: если тело 1 действует на тело 2 с какой-либо силой, то тело 2 действует на тело 1 с равной противоположно направленной силой. Таким образом, любая сила всегда встречается в паре с равной по величине противодействующей силой. Третий закон выполняется приближенно, но с очень высокой степенью точности, если взаимодействующие тела расположены так близко друг к другу, что воздействие передается за время, практически равное нулю.
Состояние материальной точки (или тела) в механике определяется заданием координат и скорости. Закон движенияm × D v / D t= F, или F = m × a, где a – ускорение, связывает ее состояния в различные моменты времени. Если известны начальные координаты и скорость точки, а также силы как функции координат, то тем самым полностью определяется все последующее движение материальной точки.
Для количественного изучения движения любых объектов необходимо иметь систему отсчета. Под системой отсчета понимают систему координат и часы, связанные с телом отсчета.
В качестве системы координат пользуются прямоугольной декартовой системой. В качестве часов используется любой периодический процесс, который осуществляется в природе.
Если в качестве тела отсчета берут свободно движущееся тело, то система отсчета называется инерциальной. Инерциальных систем отсчета можно выбрать сколько угодно, и все они будут относительно друг друга двигаться по инерции. Нет критерия, по которому мы могли бы предпочесть одну инерциальную систему отсчета другой, также инерциальной. Все инерциальные системы отсчета являются физически эквивалентными.
Какое бы физическое явление ни рассматривалось, с точки зрения любых инерциальных систем отсчета оно выглядит совершенно одинаковым. Это означает, что математическая формулировка закона природы не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это положение в физике называют принципом относительности.
Импульс, энергия и момент системы как меры движения
Произведение массы тела на его скорость называют его импульсом: p = m × v.
Энергия представляет собой способность совершать работу. Существует три основных вида энергии: 1) кинетическая энергия, характеризующая состояние движения тела, E кин =mv2 /2; 2) потенциальная энергия, обусловленная силами, действующими на тело со стороны других тел, Eпот = mgh , и 3) собственная энергия, связанная с массой покоя тела формулой Эйнштейна E=mc2.
Момент импульса (момент количества движения) есть произведение расстояния от тела до оси вращения на перпендикулярную компоненту импульса L=r×p=r×mv.
Момент импульса является векторной величиной. Направление вектора момента импульса совпадает с направлением перемещения винта с правой нарезкой, если винт вращается в ту же сторону, что и объект.
Механика впервые поставила естественнонаучное познание на научную основу.
Конечная цель физики по Ньютону: “Вывести из начал механики и остальные явления природы”.
Открытие законов механики послужило основой для формирования механистической картины мира, согласно которой миром правят строгие однозначные законы, не допускающие никаких случайностей. Течение всех процессов определялось начальными условиями, мир представлялся состоящим из вечных, неделимых частиц, движение которых всегда можно описать с помощью законов механики.
Согласно представлениям того времени чья-то смерть или рождение, хорошая погода сегодня или война в будущем были предопределены существовавшим до этого расположением и скоростью частиц, составляющих Вселенную.
П. Лаплас (1749-1827): “Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие ее прежних состояний и как причину для будущих. Разумное существо, которое могло бы знать в какой-то момент времени все действующие в природе силы, а также соответствующие положения всех составных частей природы, смогло бы, при наличии достаточных аналитических способностей для оценки этих данных, охватить движение небесных тел и мельчайших атомов с помощью одной формулы. Ничто не укрылось бы от существа; прошедшее и будущее, в равной степени открытые, легли бы перед ним”.
“Природа проста и не роскошествует излишними причинами” - утверждал Исаак Ньютон.
Нильс Бор в годы студенчества «искал математическое решение проблемы свободы воли. Если все в природе предопределено и нет у человека свободы выбора поступков, любые этические нормы не имеют смысла: человек заведомо не волен в своем поведении – все разговоры о совести и нравственности теряют опору. А если свобода выбора есть, то как примирить ее с классической причинностью – с вековечным убеждением, что в мире все подчинено безусловной необходимости?». В семьдесят семь лет «он с улыбкой назвал «сумасбродной» свою юношескую надежду одолеть идущее из глубокой древности философское недоумение с помощью математики» (Д.Данин. Вероятностный мир. М.: 1981. С.13).
Поможем написать любую работу на аналогичную тему