Механика в физике определение: Что изучает механика в физике – раздел, предмет изучения и определение кратко (9 класс)

Содержание

Механическое движение в физике.

Со школьной скамьи, наверное, все помнят, что называется механическим движением тела. Если нет, то в этой статье постараемся не только вспомнить этот термин, но и обновить базовые знания из курса физики, а точнее из раздела “Классической механики”. Также будут показаны примеры того, что это понятие употребляется не только в определенной дисциплине, но и в иных науках.

Механика

Для начала разберем, что обозначает это понятие. Механика – это раздел в физике, изучающий движение различных тел, взаимодействие между ними, а так же влияние на эти тела третьих сил и явлений. Движение автомобиля по шоссе, пущенный ударом ноги в ворота футбольный мяч, идущий на – все это изучается именно этой дисциплиной. Обычно, употребляя термин “Механика”, имеют в виду “Классическую механику”. Что это такое, мы разберем с вами ниже.

Классическую механику делят на три больших раздела.

  1. Кинематика – она изучает движение тел, не рассматривая вопроса, почему они движутся? Здесь интересуют такие величины, как путь, траектория, перемещение, скорость.
  2. Второй раздел – это динамика. Она изучает причины возникновения движения, оперируя такими понятиями, как работа, сила, масса, давление, импульс, энергия.
  3. И третий раздел, самый небольшой – изучающая такое состояние, как равновесие. Она делится на две части. Одна освещает равновесие твердых тел, а вторая – жидкостей и газов.

Очень часто классическую механику называют ньютоновой, ибо основывается она на трех законах Ньютона.

Три закона Ньютона

Впервые они были изложены Исааком Ньютоном в 1687 году.

  1. Первый закон гласит об инерции тела. Это свойство, при котором сохраняется направление и скорость движения материальной точки, если на него не действует никаких внешних сил.
  2. Второй закон утверждает, что тело, приобретая ускорение, совпадает с этим ускорением по направлению, но становится зависимым от своей массы.
  3. Третий закон утверждает, что сила действия всегда равна силе противодействия.

Все три закона являются аксиомами. Иными словами, это постулаты, которые не требуют доказательств.

Что называется механическим движением

Это изменение положения какого-либо тела в пространстве, относительно других тел с течением времени. Материальные точки при этом взаимодействуют по законам механики.

Подразделяется на несколько видов:

  • Движение материальной точки измеряется с помощью нахождения ее координат и отслеживания изменений координат со временем. Найти эти показатели, значит вычислить значения по осям абсцисс и ординат. Изучением этого занимается кинематика точки, которая оперирует такими понятиями, как траектория, перемещение, ускорение, скорость. Движение объекта при этом может быть прямолинейное и криволинейное.
  • Движение твердого тела складывается из перемещения какой-то точки, взятой за основу, и вращательного движения вокруг нее. Изучается кинематикой твердых тел. Перемещение может быть поступательным, то есть вращения вокруг заданной точки не происходит, и все тело движется равномерно, а также плоским – если все тело перемещается параллельно плоскости.
  • Существует так же движение сплошной среды. Это перемещение большого количества точек, связанных только каким-либо полем или областью. Ввиду множества движущихся тел (или материальных точек) одной системы координат здесь недостаточно. Поэтому сколько тел, столько и систем координат. Примером тому может служить волна на море. Она – непрерывна, но состоит из большого количества отдельно взятых точек на множестве систем координат. Вот и получается, что движение волны – перемещение сплошной среды.

Относительность движения

Есть еще такое понятие в механике, как относительность движения. Это влияние какой-либо системы отсчета на механическое движение. Как это понимать? Система отсчета – это система координат плюс часы для Проще говоря, это оси абсцисс и ординат в сочетании с минутами. Посредством такой системы определяется, за какой промежуток времени материальная точка проделала заданное расстояние. Иными словами, переместилось относительно оси координат или других тел.

Системы отсчета могут быть: сопутствующая, инерциальная и неинерциальная. Поясним:

  • Инерциальная СО – это система, где тела, производя то, что называется механическим движением материальной точки, совершают это прямолинейно и равномерно либо вообще находятся в состоянии покоя.
  • Соответственно, неинерциальная СО – система, движущаяся с ускорением или поворачивающаяся по отношению к первой СО.
  • Сопутствующая же СО – это система, которая совместно с материальной точкой, совершает то, что называется механическим движением тела. Иными словами, куда и с какой скоростью перемещается объект, вместе с ним перемещается и данная СО.

Материальная точка

Почему иногда употребляется понятие “тело”, а иногда – “материальная точка”? Второй случай указывается, когда размерами самого объекта можно пренебречь. То есть такие параметры, как масса, объем и прочее, не имеют значения для решения возникшей задачи. Например, если цель состоит в том, чтобы узнать, с какой скоростью движется пешеход относительно планеты Земля, то ростом и весом пешехода можно пренебречь. Он является материальной точкой. Механическое движение этого объекта не зависит от его параметров.

Используемые понятия и величины механического движения

В механике оперируют различными величинами, с помощью которых задаются параметры, пишется условие задач и находится решение. Перечислим их.

  • Изменение местоположения тела (или материальной точки) относительно пространства (или системы координат) с течением времени называется перемещение. Механическое движение тела (материальной точки), по сути дела, – это синоним к понятию “перемещение”. Просто второе понятие используют в кинематике, а первое – в динамике. Разница между этими подразделами была пояснена выше.
  • Траектория – это линия, по которой тело (материальная точка) совершает то, что называется механическим движением. Ее длина называется путь.
  • Скорость – перемещения какой-либо материальной точки (тела), относительно заданной системы отчета. Определение системы отчета так же давалось выше.

Неизвестные величины, используемые для определения механического движения, в задачах находятся с помощью формулы: S=U*T, где “S” – расстояние, “U” – скорость, а “T” – время.

Из истории

Само понятие “классической механики” появилось еще в древности, и подтолкнуло к этому развивающееся быстрыми темпами строительство. Архимед сформулировал и описал теорему о сложении параллельных сил, ввел понятие “центр тяжести”. Так зачиналась статика.

Благодаря Галилею, в 17 веке стала развиваться “Динамика”. Закон инерции и принцип относительности – это его заслуга.

Исаак Ньютон, как уже говорилось выше, ввел три закона, которые легли в основу ньютоновой механики. Также он открыл закон всемирного тяготения. Так были заложены основы классической механики.

Неклассическая механика

С развитием физики, как науки, и с появлением больших возможностей в сферах астрономии, химии, математики и прочего классическая механика постепенно стала не основной, но одной из многих восстребованных наук. Когда активно стали вводить и оперировать такими понятиями, как скорость света, квантовая теория поля и так далее, законов, лежащих в основе “Механики”, стало не хватать.

Квантовая механика – это раздел физика, который занимается изучением сверхмалых тел (материальных точек) в виде атомов, молекул, электронов и фотонов. Эта дисциплина очень хорошо описывает свойства сверхмалых частиц. Помимо этого, она предсказывает их поведение в той или иной ситуации, а также в зависимости от воздействия. Предсказания, выполненные квантовой механикой, могут очень существенно отличаться от предположений классической механики, так как вторая не способна описать все явления и процессы, протекающие на уровне молекул, атомов и прочего – очень маленького и невидимого невооруженным глазом.

Релятивистская механика – это раздел физики, занимающийся изучением процессов, явлений, а так же законов при скоростях, сопоставимых со скоростью света. Все события, изучаемые этой дисциплиной, происходят в четырехмерном пространстве, в отличие от “классического” – трехмерного. То есть к высоте, ширине и длине мы прибавляем еще один показатель – время.

Какое еще бывает определение механического движения

Мы рассмотрели только базовые понятия, связанные с физикой. Но сам термин употребляется не только в механике, будь то классическая или неклассическая.

В науке под названием “Социально-экономическая статистика” определение механического движения населения дается, как миграция. Иными словами, это перемещение людей на большие расстояния, например, в соседние страны или на соседние континенты с целью смены места жительства. Причинами такого перемещения могут быть, как невозможность продолжать жить на своей территории из-за природных катаклизмов, например, постоянные наводнения или засуха, экономических и социальных проблем в своем государстве, так и вмешательство внешних сил, например, война.

В этой статье рассмотрено то, что называется механическим движением. Примеры приведены не только из физики, но и из других наук. Это указывает на то, что термин является многозначным.

Темы кодификатора ЕГЭ: механическое движение и его виды, относительность механического движения, скорость, ускорение.

Понятие движения является чрезвычайно общим и охватывает самый широкий круг явлений.

В физике изучают различные виды движения. Простейшим из них является механическое движение. Оно изучается в механике.
Механическое движение – это изменение положение тела (или его частей) в пространстве относительно других тел с течением времени.

Если тело A меняет своё положение относительно тела B, то и тело B меняет своё положение относительно тела A. Иначе говоря, если тело A движется относительно тела B, то и тело B движется относительно тела A. Механическое движение является относительным – для описания движения необходимо указать, относительно какого тела оно рассматривается.

Так, например, можно говорить о движении поезда относительно земли, пассажира относительно поезда, мухи относительно пассажира и т. д. Понятия абсолютного движения и абсолютного покоя не имеют смысла: пассажир, покоящийся относительно поезда, будет двигаться с ним относительно столба на дороге, совершать вместе с Землёй суточное вращение и двигаться вокруг Солнца.
Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчёта .

Основной задачей механики является определение положения движущегося тела в любой момент времени. Для решения этой задачи удобно представить движение тела как изменение координат его точек с течением времени. Чтобы измерить координаты, нужна система координат. Чтобы измерять время, нужны часы. Всё это вместе образует систему отсчёта.

Система отсчёта – это тело отсчёта вместе с жёстко связанной с ним («вмороженной»» в него) системой координат и часами.
Система отсчёта показана на рис. 1. Движение точки рассматривается в системе координат . Начало координат является телом отсчёта.

Рисунок 1.

Вектор называется радиус-вектором точки . Координаты точки являются в то же время координатами её радиус-вектора .

Решение основной задачи механики для точки состоит в нахождении её координат как функций времени: .
В ряде случаев можно отвлечься от формы и размеров изучаемого объекта и рассматривать его просто как движущуюся точку.

Материальная точка – это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
Так, поезд можно считать материальной точкой при его движении из Москвы в Саратов, но не при посадке в него пассажиров. Землю можно считать материальной точкой при описании её движения вокруг Солнца, но не её суточного вращения вокруг собственной оси.

К характеристикам механического движения относятся траектория, путь, перемещение, скoрость и ускорение.

Траектория, путь, перемещение.

В дальнейшем, говоря о движущемся (или покоящемся) теле, мы всегда полагаем, что тело можно принять за материальную точку. Случаи, когда идеализацией материальной точки пользоваться нельзя, будут специально оговариваться.

Траектория – это линия, вдоль которой движется тело. На рис. 1 траекторией точки является синяя дуга, которую описывает в пространстве конец радиус-вектора .
Путь – это длина участка траектории, пройденного телом за данный промежуток времени.
Перемещение – это вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела.
Предположим, что тело начало движение в точке и закончило движение в точке (рис. 2). Тогда путь, пройденный телом, это длина траектории . Перемещение тела – это вектор .

Рисунок 2.

Скорость и ускорение.

Рассмотрим движение тела в прямоугольной системе координат с базисом (рис. 3).


Рисунок 3.

Пусть в момент времени тело находилось в точке с радиус-вектором

Спустя малый промежуток времени тело оказалось в точке с
радиус-вектором

Перемещение тела:

(1)

Мгновенная скорость в момент времени – это предел отношения перемещения к интервалу времени , когда величина этого интервала стремится к нулю; иными словами, скорость точки – это производная её радиус-вектора:

Из (2) и (1) получаем:

Коэффициенты при базисных векторах в пределе дают производные:

(Производная по времени традиционно обозначается точкой над буквой. ) Итак,

Мы видим, что проекции вектора скорости на координатные оси являются производными координат точки:

Когда стремится к нулю, точка приближается к точке и вектор перемещения разворачивается в направлении касательной. Оказывается, что в пределе вектор направлен точно по касательной к траектории в точке . Это и показано на рис. 3.

Понятие ускорения вводится похожит образом. Пусть в момент времени скорость тела равна , а спустя малый интервал скорость стала равна .
Ускорение – это предел отношения изменения скорости к интервалу , когда этот интервал стремится к нулю; иначе говоря, ускорение – это производная скорости:

Ускорение, таким образом, есть “cкорость изменения скорости”. Имеем:

Следовательно, проекции ускорения являются производными проекций скорости (и, стало быть, вторыми производными координат):

Закон сложения скоростей.

Пусть имеются две системы отсчёта. Одна из них связана с неподвижным телом отсчёта . Эту систему отсчёта обозначим и будем называть неподвижной .
Вторая система отсчёта, обозначаемая , связана с телом отсчёта , которое движется относительно тела со скоростью . Эту систему отсчёта называем движущейся . Дополнительно предполагаем, что координатные оси системы перемещаются параллельно самим себе (нет вращения системы координат), так что вектор можно считать скоростью движущейся системы относительно неподвижной.

Неподвижная система отсчёта обычно связана с землёй. Если поезд плавно едет по рельсам со скоростью , это система отсчёта, связанная с вагоном поезда, будет движущейся системой отсчёта .

Заметим, что скорость любой точки вагона (кроме вращающихся колёс!) равна . Если муха неподвижно сидит в некоторой точке вагона, то относительно земли муха движется со скоростью . Муха переносится вагоном, и потому скорость движущейся системы относительно неподвижной называется переносной скоростью .

Предположим теперь, что муха поползла по вагону. Скорость мухи относительно вагона (то есть в движущейся системе ) обозначается и называется относительной скоростью . Скорость мухи относительно земли (то есть в неподвижной системе ) обозначается и называется абсолютной скоростью .

Выясним, как связаны друг с другом эти три скорости – абсолютная, относительная и переносная.
На рис. 4 муха обозначена точкой .Далее:
– радиус-вектор точки в неподвижной системе ;
– радиус-вектор точки в движущейся системе ;
– радиус-вектор тела отсчёта в неподвижной системе .


Рисунок 4.

Как видно из рисунка,

Дифференцируя это равенство, получим:

(3)

(производная суммы равна сумме производных не только для случая скалярных функций, но и для векторов тоже).
Производная есть скорость точки в системе , то есть абсолютная скорость:

Аналогично, производная есть скорость точки в системе , то есть относительная скорость:

А что такое ? Это скорость точки в неподвижной системе, то есть – переносная скорость движущейся системы относительно неподвижной:

В результате из (3) получаем:

Закон сложения скоростей . Скорость точки относительно неподвижной системы отсчёта равна векторной сумме скорости движущейся системы и скорости точки относительно движущейся системы. Иными словами, абсолютная скорость есть сумма переносной и относительной скоростей.

Таким образом, если муха ползёт по движущемуся вагону, то скорость мухи относительно земли равна векторной сумме скорости вагона и скорости мухи относительно вагона. Интуитивно очевидный результат!

Виды механического движения.

Простейшими видами механического движения материальной точки являются равномерное и прямолинейное движения.
Движение называется равномерным , если модуль вектора скорости остаётся постоянным (направление скорости при этом может меняться).

Движение называется прямолинейным , если направление вектора скорости остаётся постоянным (а величина скорости при этом может меняться). Траекторией прямолинейного движения служит прямая линия, на которой лежит вектор скорости.
Например, автомобиль, который едет с постоянной скоростью по извилистой дороге, совершает равномерное (но не прямолинейное) движение. Автомобиль, разгоняющийся на прямом участке шоссе, совершает прямолинейное (но не равномерное) движение.

А вот если при движении тела остаются постоянными как модуль скорости, так и его направление, то движение называется равномерным прямолинейным .

В терминах вектора скорости можно дать более короткие определения данным типам движения:

Важнейшим частным случаем неравномерного движения является равноускоренное движение, при котором остаются постоянными модуль и направление вектора ускорения:

Наряду с материальной точкой в механике рассматривается ещё одна идеализация – твёрдое тело.
Твёрдое тело это система материальных точек, расстояния между которыми не меняются со временем. Модель твёрдого тела применяется в тех случаях, когда мы не можем пренебречь размерами тела, но можем не принимать во внимание изменение размеров и формы тела в процессе движения.

Простейшими видами механического движения твёрдого тела являются поступательное и вращательное движения.
Движение тела называется поступательным, если всякая прямая, соединяющая две какие-либо точки тела, перемещается параллельно своему первоначальному направлению. При поступательном движении траектории всех точек тела идентичны: они получаются друг из друга параллельным сдвигом (рис. 5).


Рисунок 5.

Движение тела называется вращательным , если все его точки описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. При этом центры данных окружностей лежат на одной прямой, которая перпендикулярна всем этим плоскостям и называется осью вращения .

На рис. 6 изображён шар, вращающийся вокруг вертикальной оси. Так обычно рисуют земной шар в соответствующих задачах динамики.

Рисунок 6.

В физике существует такое понятие, как механическое движение, определение которого трактуется как изменение координат тела в трехмерном пространстве относительно иных тел с затратой времени. Как ни странно, но можно никуда не двигаясь превысить, к примеру, скорость автобуса. Эта величина относительна и зависима от заданной точки . Главное, зафиксировать систему отсчета, чтобы наблюдать за точкой по отношению к предмету.

Вконтакте

Описание

Понятия из физики:

  1. Материальная точка — часть тела или предмет с небольшими параметрами и массой, которые не принимаются в учет при изучении процесса. Это величина, которой в физике пренебрегают.
  2. Перемещение — это расстояние, пройденное материальной точкой из одной координаты в другую. Понятие не следует путать с движением, так как в физике это определение пути.
  3. Пройденный путь — это участок, который прошел предмет. Что такое пройденный путь рассматривает раздел физики под названием «Кинематика» .
  4. Траектория в пространстве — это прямая или ломаная линия, по которой объект проходит путь. Представить, что такое траектория, согласно определению из области физики, можно мысленно начертив линию.
  5. Механическим называют перемещение по заданной траектории.

Внимание! Взаимодействие тел осуществляется по законам механики, и этот раздел называется кинематикой.

Понять, что такое система координат, и что такое траектория на практике?

Достаточно мысленно найти точку в пространстве и от нее провести координатные оси, относительно ее будет двигаться предмет по ломаной или прямой линии, причем виды движения тоже будут разные, в их числе поступательное, осуществляемое при колебании и вращении.

Например, кот находится в комнате, перемещается к любому объекту или изменяет свое нахождение в пространстве, двигаясь по разным траекториям.

Расстояние между объектами может отличаться, так как выбранные траектории неодинаковые.

Типы

Известные виды движения:

  1. Поступательное. Характеризуется параллельностью двух соединенных между собой точек, одинаково движущихся в пространстве. Предмет движется поступательно, когда проходит по одной линии. Достаточно представить замену стержня в шариковой ручке, то есть стержень двигается поступательно по заданному пути, при этом каждая его часть движется параллельно и одинаково. Довольно часто такое встречается в механизмах.
  2. Вращательное. Предмет описывает окружность во всех плоскостях, которые расположены параллельно друг другу. Оси вращения — центры описываемых , а точки, расположенные на оси неподвижны. Сама вращающая ось может быть расположена внутри тела (ротационное), а также соединятся с внешними его точками (орбитальное). Чтобы уяснить, что это такое, можно взять обычную иглу с ниткой. Последнюю зажать между пальцами и постепенно раскручивать иглу. Игла будет описывать окружность, и подобные виды движения следует относить к орбитальным. Пример ротационного вида: раскручивание предмета на твердой поверхности.
  3. Колебательное . Все точки тела, перемещающегося по заданной траектории, с точностью или приближено повторяются через одинаковое время. Наглядный пример — шайба, подвешенная на шнуре, колеблющаяся вправо и влево.

Внимание! Особенность поступательного движения. Предмет двигается по прямой линии, и в любой временной промежуток все его точки перемещаются в одном направлении — это поступательное движение. Если едет велосипед, то в любое время можно отдельно рассмотреть траекторию его любой точки, она будет одинаковой. При этом не важно, ровная поверхность или нет.

Данные виды движения встречаются ежедневно на практике, поэтому проиграть их мысленно не составит труда.

Что такое относительность

Согласно законам механики, двигается предмет относительно какой-либо точки.

К, примеру, если человек стоит на месте, а автобус движется, это и называется относительность движения рассматриваемого транспортного средства к объекту.

С какой скоростью перемещается объект по отношению к определенному телу в пространстве тоже учитывается относительно этого тела и, соответственно, ускорение также имеет относительную характеристику.

Относительность — прямая зависимость заданной при движении тела траектории, проходимого пути, скоростной характеристики, а также перемещения по отношению к системам отсчета.

Как проводится отсчет

Что представляет собой система отсчета и как она характеризуется? Отсчет во взаимосвязи с пространственной системой координат, первичным отсчетом времени передвижения — это и есть система отсчета. В разных системах у одного тела может быть разное местонахождение.

Точка находится в системе координат, когда она начинает двигаться, учитывается ее время перемещения.

Тело отсчета — это абстрактный предмет, находящийся в заданной точке пространства.При ориентации на его положение рассматриваются координаты иных тел. К примеру, машина стоит на месте, а человек движется, в данном случае тело отсчета — это машина.

Равномерное перемещение

Понятие равномерное движение — это определение в физике трактуется следующим образом.

Сегодня мы поговорим о систематическом изучении физики и первом ее разделе – механике. Физика изучает разные виды изменений или процессов, происходящих в природе, а какие процессы в первую очередь интересовали наших предков? Конечно, это процессы, связанные с движением. Им было интересно, долетит ли копье, которое они бросили, и попадет ли оно в мамонта; им было интересно, успеет ли гонец с важной вестью добежать до заката к соседней пещере. Все эти виды движения и вообще механическое движение как раз и изучает раздел, который называется механика.

Куда бы мы ни посмотрели – вокруг нас масса примеров механического движения: что-то вращается, что-то прыгает вверх-вниз, что-то движется вперед-назад, а другие тела могут находиться в состоянии покоя, которое тоже является примером механического движения, скорость которого равна нулю.

Определение

Механическим движением называется изменение положения тел в пространстве относительно других тел с течением времени (рис. 1).

Рис. 1. Механическое движение

Как физика делится на несколько разделов, так и механика имеет свои разделы. Первый из них называется кинематика. Раздел механики кинематика отвечает на вопрос, как движется тело. Прежде чем начать работать над изучением механического движения, необходимо определить и выучить основные понятия, так называемую азбуку кинематики. На уроке мы научимся:

Выбирать систему отсчета для изучения движения тела;

Упрощать задачи, мысленно заменяя тело материальной точкой;

Определять траекторию движения, находить путь;

Различать виды движений.

В определении механического движения особое значение имеет выражение относительно других тел . Нам всегда необходимо выбрать так называемое тело отсчета, то есть тело, относительно которого мы будем рассматривать движение исследуемого нами объекта. Простой пример: подвигайте рукой и скажите – движется ли она? Да, конечно, по отношению к голове, но по отношению к пуговице на вашей рубашке она будет недвижима. Поэтому выбор отсчета очень важен, ведь относительно некоторых тел движение совершается, а относительно других тел движения не происходит. Чаще всего телом отсчета выбирают тело, которое всегда есть под руками, точнее под ногами, – это наша Земля, которая является телом отсчета в большинстве случаев.

Издавна ученые спорили о том, Земля ли вращается вокруг Солнца или Солнце вращается вокруг Земли. На самом деле, с точки зрения физики, с точки зрения механического движения это всего лишь спор о теле отсчета. Если телом отсчета считать Землю, то да – Солнце вращается вокруг Земли, если телом отсчета считать Солнце – то Земля вращается вокруг Солнца. Поэтому тело отсчета – это важное понятие.

Как же описывать изменение положения тела?

Чтобы точно задать положение интересующего нас тела относительно тела отсчета, надо связать с телом отсчета систему координат (рис. 2).

При движении тела координаты меняются, а для того чтобы описать их изменение, нам необходим прибор для измерения времени. Чтобы описывать движение, нужно иметь:

Тело отсчета;

Связанную с телом отсчета систему координат;

Прибор для измерения времени (часы).

Все эти объекты составляют вместе систему отсчета. До тех пор пока мы не выбрали систему отсчета, не имеет смысла описывать механическое движение – мы не будем уверены в том, как движется тело. Простой пример: чемодан, лежащий на полке в купе поезда, который движется, для пассажира просто покоится, а для человека, стоящего на перроне, движется. Как мы видим, одно и то же тело и движется, и покоится, вся проблема в том, что системы отсчета различны (рис. 3).

Рис. 3. Различные системы отчета

Зависимость траектории от выбора системы отсчета

Ответим на интересный и важный вопрос, зависит ли форма траектории и пройденный телом путь от выбора системы отсчета. Рассмотрим ситуацию, когда есть пассажир поезда, радом с которым на столе стоит стакан с водой. Какой же будет траектория стакана в системе отчета, связанной с пассажиром (телом отсчета является пассажир)?

Конечно, относительно пассажира стакан неподвижен. Это значит, что траектория является точкой, а перемещение равно (рис. 4).

Рис. 4. Траектория стакана относительно пассажира в поезде

Какой же будет траектория стакана относительно пассажира, который ожидает поезда на перроне? Для этого пассажира будет казаться, что стакан движется по прямой линии и у него ненулевой путь (рис. 5).

Рис. 5. Траектория стакана относительно пассажира на перроне

Из вышесказанного можно сделать вывод, что траектория и путь зависят от выбора системы отсчета.

Для того чтобы описывать механическое движение, в первую очередь необходимо определиться с системой отсчета.

Движение изучается нами для того, чтобыпредсказать, где окажется тот или иной объект в необходимый момент времени. Основная задача механики – определить положение тела в любой момент времени. Что же значит описать движение тела?

Рассмотрим пример: автобус едет из Москвы в Санкт-Петербург (рис. 6). Важны ли нам размеры автобуса по сравнению с расстоянием, которое он преодолеет?

Рис. 6. Движение автобуса из Москвы в Санкт-Петербург

Конечно же, размерами автобуса в данном случае можно пренебречь. Мы можем описывать автобус как одну движущуюся точку, по-другому ее называют материальной точкой.

Определение

Тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь, называют материальной точкой.

Одно и то же тело, в зависимости от условий задачи, может быть или не быть материальной точкой. При перемещении автобуса из Москвы в Санкт-Петербург автобус можно считать материальной точкой, ведь его размеры несопоставимы с расстоянием между городами. Но если в салон автобуса влетела муха и мы хотим исследовать ее движение, тогда в этом случае нам важны размеры автобуса, и он уже не будет являться материальной точкой.

Чаще всего в механике мы будем изучать именно движение материальной точки. При своем перемещении материальная точка последовательно проходит положение вдоль некоторой линии.

Определение

Линия, вдоль которой движется тело (или материальная точка), называется траекторией движения тела (рис. 7).

Рис. 7. Траектория точки

Иногда мы наблюдаем траекторию (например, процесс выставления оценки за урок), но чаще всего траектория – это какая-то воображаемая линия. При наличии средств измерения мы можем замерить длину траектории, вдоль которой двигалось тело, и определим величину, которая называется путь (рис. 8).

Определение

Путь , пройденный телом за некоторое время, – это длина участка траектории .

Рис. 8. Путь

Разделяют два основных вида движения – это прямолинейное и криволинейное движение.

Если траектория тела – это прямая линия, то движение называется прямолинейным. Если тело движется по параболе или по любой другой кривой – мы говорим о криволинейном движении. При рассмотрении движения не просто материальной точки, а движения реального тела различают еще два вида движения: поступательное движение и вращательное движение.

Поступательное и вращательное движение. Пример

Какие же движения называются поступательными, а какие – вращательными? Рассмотрим этот вопрос на примере колеса обозрения. Как движется кабина колеса обозрения? Отметим две произвольные точки кабины и соединим их прямой. Колесо вращается. Через некоторое время отметим те же точки и соединим их. Полученные прямые будут лежать на параллельных прямых (рис. 9).

Рис. 9. Поступательное движение кабины колеса обозрения

Если прямая, проведенная через любые две точки тела, при движении остается параллельной сама себе, то такое движение называют поступательным .

В противном случае мы имеем дело с вращательным движением. Если бы прямая не была параллельной сама тебе, то пассажир, скорее всего, вывалился бы из кабины колеса (рис. 10).

Рис. 10. Вращательное движение кабины колеса

Вращательным называют такое движение тела, при котором его точки описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. Прямая, соединяющая центры окружностей, называется осью вращения .

Очень часто нам приходится сталкиваться с комбинацией поступательного и вращательного движения, так называемым поступательно-вращательным движением. Самый простой пример такого движения – это движение прыгуна в воду (рис. 11). Он выполняет вращение (сальто), но при этом центр его масс поступательно движется в направлении воды.

Рис. 11. Поступательно-вращательное движение

Мы сегодня изучили азбуку кинематики, то есть основные, самые важные понятия, которые в дальнейшем позволят нам перейти к решению главной задачи механики – определению положения тела в любой момент времени.

Список литературы

  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Мнемозина, 2014.
  3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика – 9, Москва, Просвещение, 1990.
  1. Интернет-портал «Av-physics.narod.ru» ().
  2. Интернет-портал «Rushkolnik.ru» ().
  3. Интернет-портал «Testent.ru» ().

Домашнее задание

Подумайте, что является телом отсчета, когда мы говорим:

  • книга неподвижно лежит на столике в купе движущегося поезда;
  • стюардесса после взлета проходит по пассажирскому салону самолета;
  • Земля вращается вокруг своей оси.

«) примерно в V в. до н. э. Видимо, одним из первых объектов ее исследования была механе-подъёмная машина, применявшаяся в театре для подъема и опускания актеров, изображавших богов. Отсюда и произошло название науки.

Люди уже давно заметили, что они живут в мире Движущихся предметов – качаются деревья, летят птицы, плывут корабли, поражают цели стрелы, выпущенные из лука. Причины подобных загадочных тогда явлений занимали умы древних и средневековых ученых.

В 1638 г. Галилео Галилей писал: «В природе нет ничего древнее движения, и о нем философы написали томов немало и немалых». Древние и особенно ученые средневековья и эпохи Возрождения ( , Н. Коперник, Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт и др.) уже правильно толковали отдельные вопросы движения, однако в целом ясного понимания законов движения во времена Галилея не было.

Учение о движении тел впервые предстает как строгая, последовательная наука, построенная, как и геометрия Евклида, на истинах, не требующих доказательств (аксиомах), в фундаментальном труде Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии», изданном в 1687 г. Оценивая вклад в науку ученых-предшественников, великий Ньютон сказал: «Если мы видели дальше других, то это потому, что стояли на плечах гигантов».

Движения вообще, движения, безотносительного к чему-либо, нет и быть не может. Движение тел может происходить только относительно других тел и связанных с ними пространств. Поэтому в начале своего труда Ньютон решает принципиально важный вопрос о пространстве, относительно которого будет изучаться движение тел.

Чтобы придать конкретность этому пространству, Ньютон связывает с ним систему координат, состоящую из трех взаимно перпендикулярных осей.

Ньютон вводит понятие абсолютное пространство, которое определяет так: «Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему остается всегда одинаковым и неподвижным». Определение пространства как неподвижного тождественно предположению о существовании абсолютно неподвижной системы координат, относительно которой рассматривается движение материальных точек и твердых тел.

В качестве такой системы координат Ньютон принимал гелиоцентрическую систему , начало которой он помещал в центр , а три воображаемых взаимно перпендикулярных оси направлял к трем «неподвижным» звездам. Но сегодня известно, что в мире нет ничего абсолютно неподвижного – вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, Солнце движется относительно центра Галактики, Галактика – относительно центра мира и т. д.

Таким образом, если говорить строго, то абсолютно неподвижной системы координат не существует. Однако движение «неподвижных» звезд относительно Земли настолько медленное, что для большинства задач, решаемых людьми на Земле, этим движением можно пренебречь и считать «неподвижные» звезды действительно неподвижными, а абсолютно неподвижную систему координат, предложенную Ньютоном, действительно существующей.

По отношению к абсолютно неподвижной системе координат Ньютон сформулировал свой первый закон (аксиому): «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными изменять это состояние».

С тех пор предпринимались и предпринимаются попытки редакционно улучшить формулировку Ньютона. Один из вариантов формулировок звучит так: «Тело, движущееся в пространстве, стремится сохранить величину и направление своей скорости» (имеется в виду, что покой – это движение со скоростью, равной нулю). Здесь уже вводится понятие одной из важнейших характеристик движения – поступательной, или линейной, скорости. Обычно линейная скорость обозначается V.

Обратим внимание на то, что в первом законе Ньютона говорится только о поступательном (прямолинейном) движении. Однако всем известно, что в мире существует и другое, более сложное движение тел – криволинейное, но о нем позже…

Стремление тел «удерживаться в своем состоянии» и «сохранять величину и направление своей скорости» называется инертностью , или инерцией , тел. Слово «инерция» латинское, в переводе на русский оно означает «покой», «бездействие». Интересно отметить, что инерция – органическое свойство материи вообще, «врожденная сила материи», как говорил Ньютон. Она свойственна не только механическому движению, но и другим явлениям природы, например электрическим, магнитным, тепловым. Инерция проявляется и в жизни общества, и в поведении отдельных людей. Но вернемся к механике.

Мерой инерции тела при его поступательном движении является масса тела, обозначаемая обычно m. Установлено, что при поступательном движении на величину инерции не влияет распределение массы внутри объема, занимаемого телом. Это дает основание при решении многих задач механики отвлечься от конкретных размеров тела и заменить его материальной точкой, масса которой равна массе тела.

Местоположение этой условной точки в объеме, занимаемом телом, называется центром масс тела , или, что почти то же самое, но более знакомо, центром тяжести .

Мерой механического прямолинейного движения, предложенной еще Р. Декартом в 1644 г., является количество движения, определяемое как произведение массы тела на его линейную скорость: mV.

Как правило, движущиеся тела не могут продолжительное время сохранять неизменным величину количества своего движения: расходуются в полете запасы топлива, уменьшая массу летательных аппаратов, тормозят и разгоняются поезда, изменяя свою скорость. Какая же причина вызывает изменение количества движения? Ответ па этот вопрос дает второй закон (аксиома) Ньютона, который в современной формулировке звучит так: скорость изменения количества движения материальной точки равна силе, действующей на эту точку.

Итак, причиной, вызывающей движение тел (если вначале mV=0) или изменяющей их количество движения (если вначале mV не равно О) относительно абсолютного пространства (других пространств Ньютон не рассматривал), являются силы. Эти силы позже получили уточняющие названия – физические , или Ньютоновы , силы. Они обычно обозначаются F.

Сам Ньютон дал следующее определение физическим силам: «Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». Существует много других определений силы. Л. Купер и Э. Роджерс – авторы замечательных популярных книг по физике, избегая скучноватых строгих определений силы, с известной долей лукавства вводят свое определение: «Силы – это то, что тянет и толкает». До конца не ясно, но какое-то представление о том, что такое сила, появляется.

К физическим силам относятся: силы , магнитные (см. статью « «), силы упругости и пластичности, силы сопротивления среды, света и многие другие.

Если во время движения тела его масса не меняется (только этот случай будет рассматриваться в дальнейшем), то формулировка второго закона Ньютона значительно упрощается: «Действующая на материальную точку сила равна произведению массы точки на изменение ее скорости».

Изменение линейной скорости тела или точки (по величине или направлению – запомним это) называется линейным ускорением тела или точки и обозначается обычно а.

Ускорения и скорости, с которыми тела движутся относительно абсолютного пространства, называются абсолютными ускорениями и скоростями .

Кроме абсолютной системы координат, можно представить себе (конечно, с какими-то допущениями) другие системы координат, которые движутся относительно абсолютной прямолинейно и равномерно. Поскольку (согласно первому закону Ньютона) покой и равномерное прямолинейное движение эквивалентны, то в таких системах справедливы законы Ньютона, в частности первый закон – закон инерции . По этой причине системы координат, движущиеся равномерно и прямолинейно относительно абсолютной системы, получили название инерциальных систем координат .

Однако в большинстве практических задач людей интересует движение тел не относительно далекого и неосязаемого абсолютного пространства и даже не относительно инерциальных пространств, а относительно других более близких и вполне материальных тел, например пассажира относительно кузова автомобиля. Но эти другие тела (и связанные с ними пространства и системы координат) сами движутся относительно абсолютного пространства непрямолинейно и неравномерно. Системы координат, связанные с такими телами, получили название подвижных . Впервые подвижные системы координат использовал для решения сложных задач механики Л. Эйлер (1707-1783).

С примерами движения тел относительно других подвижных тел мы постоянно встречаемся в нашей жизни. Плывут по морям и океанам корабли, перемещаясь относительно поверхности Земли, вращающейся в абсолютном пространстве; движется относительно стен мчащегося пассажирского вагона проводник, разносящий чай по купе; выплескивается чай из стакана при резких толчках вагона и т. д.

Для описания и изучения столь сложных явлений вводятся понятия переносного движения и относительного движения и соответствующих им переносных и относительных скоростей и ускорений.

В первом из приведенных примеров вращение Земли относительно абсолютного пространства будет переносным движением, а перемещение корабля относительно поверхности Земли – относительным движением.

Чтобы изучить движение проводника относительно стен вагона, нужно прежде принять, что вращение Земли существенного влияния на движение проводника не оказывает и поэтому Землю в данной задаче можно считать неподвижной. Тогда движение пассажирского вагона – движение переносное , а движение проводника относительно вагона — движение относительное . При относительном движении тела воздействуют друг на друга или непосредственно (соприкасаясь), или на расстоянии (например, магнитные и гравитационные взаимодействия).

Характер этих воздействий определяется третьим законом (аксиомой) Ньютона. Если вспомнить, что физические силы, приложенные к телам, Ньютон назвал действием, то третий закон может быть сформулирован так: «Действие равно противодействию». Следует отметить, что действие приложено к одному, а противодействие – к другому из двух взаимодействующих тел. Действие и противодействие не уравновешиваются, а вызывают ускорения взаимодействущих тел, причем с большим ускорением движется то тело, масса которого меньше.

Напомним также, что третий закон Ньютона в отличие от первых двух справедлив в любой системе координат, а не только в абсолютной или инерциальных.

Кроме прямолинейного движения, в природе широко распространено криволинейное движение, простейшим случаем которого является движение по окружности. Только этот случай мы и будем рассматривать в дальнейшем, называя движение по окружности круговым движением. Примеры кругового движения: вращение Земли вокруг своей оси, движение дверей и качелей, вращение бесчисленных колес.

Круговое движение тел и материальных точек может происходить либо вокруг осей, либо вокруг точек.

Круговое движение (так же, как и прямолинейное) может быть абсолютным, переносным и относительным.

Как и прямолинейное, круговое движение характеризуется скоростью, ускорением, силовым фактором, мерой инерции, мерой движения. Количественно все эти характеристики в очень сильной степени зависят от того, на каком расстоянии от оси вращения находится вращающаяся материальная точка. Это расстояние называется радиусом вращения и обозначается r .

В гироскопической технике момент количества движения принято называть кинетическим моментом и выражать его через характеристики кругового движения. Таким образом, кинетический момент есть произведение момента инерции тела (относительно оси вращения) на его угловую скорость.

Естественно, законы Ньютона справедливы и для кругового движения. В применении к круговому движению эти законы несколько упрощенно могли бы быть сформулированы так.

  • Первый закон: вращающееся тело стремится сохранить относительно абсолютного пространства величину и направление своего момента количества движения (т. е. величину и направление своего кинетического момента).
  • Второй закон: изменение во времени момента количества движения (кинетического момента) равно приложенному моменту сил.
  • Третий закон: момент действия равен моменту противодействия.

Первый урок в 8 классе “Механика-наука о движении тел”

Первый урок в 8 классе по физике УМК Громов С.В.

«Механика – наука о движении тел»

Цели урока: Познакомить учащихся с разделом физики «Механика», дать понятие механического движения, относительности механического движения.

Демонстрации

Ход урока

  1. Организационный момент. Инструктаж по технике безопасности на уроках в кабинете физики и во время проведения лабораторных работ. Правила поведения и работы в кабинете физики.

Рассказать об основном содержании курса физики в 8 классе, напомнить о требованиях к оформлению письменных работ, критериях оценки ответа учащегося.

  1. Повторение в форме краткого фронтального опроса:

  • Что изучает физика?

  • Какие закономерности вы заметили? Почему вы считаете, что это – закономерности? Как их можно учитывать?

  • Что такое наука? Какие методы научного познания вам известны? Что принесла наука в жизнь людей?

  1. Введение в тему занятия

Все тела занимают некоторое пространство, а все явления природы (живой и неживой) протекают во времени. Время и пространство – формы существования материи. Общим свойством всех тел является их перемещение в пространстве – изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени – механическое движение. Поэтому понятие движения бессмысленно без указания системы отсчета или тела отсчета, т.е. относительно какого другого тела совершается движение.

Механика – это раздел физики, изучающий движение тел и связанные с ним представления о силе и энергии.

Основная задача механики – определение положения тела в пространстве относительно других тел в любой момент времени.

Кинематика – это раздел механики, описывающий движение тел без учета причин его вызывающих.

Динамика – это раздел механики, выясняющий причины движения тел.

Статика – это раздел механики, изучающий условия равновесия тел.

Основные понятия механики

1. Механическое движение

2. Материальная точка

3. Система отсчёта

4. Траектория

5. Путь

6. Перемещение

7.Относительность

Способы описания движений

1. Табличный

2. Графический

3. Аналитический

Равномерное движение. Понятие средней скорости(средневременная, среднепутевая)

  1. Закрепление изученного.

  • Можно ли при определении объема стального шарика с помощью мензурки считать этот шарик материальной точкой?

  • Можно ли принять автомобиль за материальную точку, если при этом решается задача «Пройдет ли автомобиль в ворота ограды?»

  • Какие детали велосипеда движутся почти поступательно, а какие нет? Зависит ли тип движения деталей велосипеда от выбора системы отсчета?

  • Какова траектория движения кончика ручки?

Кроссворд интерактивный по закреплению материала

  • Парадокс Зенона: «Летящая стрела не летит, так как в каждой точке траектории она покоится (не может же быть движения в точке). В любой момент времени она покоится, а, следовательно, – вообще не движется». Давайте попробуем распутать клубок парадокса Зенона.

  1. Подведение итогов урока.

  2. Постановка домашнего задания.

Источники:

http://www.funlib.ru/cimg/2014/102016/5632497

Материальная точка — урок. Физика, 9 класс.

Задачей механики является определение положения тела в любой момент времени.

Механическое движение — изменение координат тела или его частей в пространстве относительно других тел с течением времени.

 

Однако описание движения реальных тел является сложной математической задачей, поэтому в физике используют модели. 

Рассмотрим, как модель реального тела «материальная точка» вводится в физике.

 

Прямоугольная система координат (рис. \(1\)) позволяет задать положение точки.

 

  

Рис. \(1\). Прямоугольная система координат и точка

 

Сложнее обстоит дело с реальным телом, ведь оно имеет размеры.  В любой момент времени каждой точке тела будет соответствовать своя координата (рис. \(2\)).

 

 

Рис. \(2\). Каждой точке тела соответствует координата

 

В реальности тело участвует в различных видах движения. Например, точка на поверхности мяча совершает вращательное движение; сам мяч движется по параболической траектории; спортзал вращается вместе с Землёй вокруг оси Земли, участвует в движении вокруг центра Солнечной системы.

 

При рассмотрении задач движения выбирают одну точку на поверхности тела, траектория движения которой важна. При поступательном движении любое тело рассматривается как материальная точка, для которой в любой момент времени можно определить координату, мгновенную скорость и другие физические величины.

Материальная точка — тело, имеющее массу, размерами которого можно пренебречь.

В каком случае это возможно? В том случае, когда размеры тела малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит. Так, например, Землю можно считать материальной точкой, когда она движется по орбите вокруг Солнца, так как пройденное расстояние за год значительно превышает размеры планеты.

Однако, например, при определении времени восхода Солнца планету нельзя принять за материальную точку, так как время восхода солнца будет зависеть от размеров планеты и скорости ее вращения. 

 

Любой искусственный спутник Земли (ИСЗ) можно считать материальной точкой при расчётах движения по орбите.

При приближении к Земле ИСЗ сгорает в атмосфере. Для расчёта термодинамических параметров и их влияние на движение падающего объекта необходимо учитывать массу, форму, размер и скорость движения этого тела.

 

При поступательном движении тела (рис. \(3\)) его можно принять за материальную точку и в случае, если его размеры не сильно отличаются от проходимого им расстояния.

 

  

Рис. \(3\). Поступательное движение тела 

 

Как пример можно рассмотреть велосипед: хоть его колеса вращаются, но руль, сиденье и багажник находятся на одинаковом расстоянии друг от друга и на постоянном расстоянии от земли, а также проходят одинаковые пути в пространстве. Для описания механического движения тела выбирают центр его масс и рассматривают перемещение этой точки в пространстве. Для велосипедиста такую точку можно привязать к раме велосипеда. Такая математическая модель позволяет заменить описание поступательного движения множества точек описанием движения одной из них.

Материальная точка — понятие (модель), введённое для упрощения решения задач и объяснения некоторых явлений.

Источники:

Рис. 3. Поступательное движение тела. . © ЯКласс.

Узнаем что называется механическим движением: определение и формула расчета

Со школьной скамьи, наверное, все помнят, что называется механическим движением тела. Если нет, то в этой статье постараемся не только вспомнить этот термин, но и обновить базовые знания из курса физики, а точнее из раздела “Классической механики”. Также будут показаны примеры того, что это понятие употребляется не только в определенной дисциплине, но и в иных науках.

Механика

Для начала разберем, что обозначает это понятие. Механика – это раздел в физике, изучающий движение различных тел, взаимодействие между ними, а так же влияние на эти тела третьих сил и явлений. Движение автомобиля по шоссе, пущенный ударом ноги в ворота футбольный мяч, идущий на посадку самолет – все это изучается именно этой дисциплиной. Обычно, употребляя термин “Механика”, имеют в виду “Классическую механику”. Что это такое, мы разберем с вами ниже.

Классическую механику делят на три больших раздела.

  1. Кинематика – она изучает движение тел, не рассматривая вопроса, почему они движутся? Здесь интересуют такие величины, как путь, траектория, перемещение, скорость.
  2. Второй раздел – это динамика. Она изучает причины возникновения движения, оперируя такими понятиями, как работа, сила, масса, давление, импульс, энергия.
  3. И третий раздел, самый небольшой – это статика, изучающая такое состояние, как равновесие. Она делится на две части. Одна освещает равновесие твердых тел, а вторая – жидкостей и газов.

Очень часто классическую механику называют ньютоновой, ибо основывается она на трех законах Ньютона.

Три закона Ньютона

Впервые они были изложены Исааком Ньютоном в 1687 году.

  1. Первый закон гласит об инерции тела. Это свойство, при котором сохраняется направление и скорость движения материальной точки, если на него не действует никаких внешних сил.
  2. Второй закон утверждает, что тело, приобретая ускорение, совпадает с этим ускорением по направлению, но становится зависимым от своей массы.
  3. Третий закон утверждает, что сила действия всегда равна силе противодействия.

Все три закона являются аксиомами. Иными словами, это постулаты, которые не требуют доказательств.

Что называется механическим движением

Это изменение положения какого-либо тела в пространстве, относительно других тел с течением времени. Материальные точки при этом взаимодействуют по законам механики.

Подразделяется на несколько видов:

  • Движение материальной точки измеряется с помощью нахождения ее координат и отслеживания изменений координат со временем. Найти эти показатели, значит вычислить значения по осям абсцисс и ординат. Изучением этого занимается кинематика точки, которая оперирует такими понятиями, как траектория, перемещение, ускорение, скорость. Движение объекта при этом может быть прямолинейное и криволинейное.
  • Движение твердого тела складывается из перемещения какой-то точки, взятой за основу, и вращательного движения вокруг нее. Изучается кинематикой твердых тел. Перемещение может быть поступательным, то есть вращения вокруг заданной точки не происходит, и все тело движется равномерно, а также плоским – если все тело перемещается параллельно плоскости.
  • Существует так же движение сплошной среды. Это перемещение большого количества точек, связанных только каким-либо полем или областью. Ввиду множества движущихся тел (или материальных точек) одной системы координат здесь недостаточно. Поэтому сколько тел, столько и систем координат. Примером тому может служить волна на море. Она – непрерывна, но состоит из большого количества отдельно взятых точек на множестве систем координат. Вот и получается, что движение волны – перемещение сплошной среды.

Относительность движения

Есть еще такое понятие в механике, как относительность движения. Это влияние какой-либо системы отсчета на механическое движение. Как это понимать? Система отсчета – это система координат плюс часы для определения времени. Проще говоря, это оси абсцисс и ординат в сочетании с минутами. Посредством такой системы определяется, за какой промежуток времени материальная точка проделала заданное расстояние. Иными словами, переместилось относительно оси координат или других тел.

Системы отсчета могут быть: сопутствующая, инерциальная и неинерциальная. Поясним:

  • Инерциальная СО – это система, где тела, производя то, что называется механическим движением материальной точки, совершают это прямолинейно и равномерно либо вообще находятся в состоянии покоя.
  • Соответственно, неинерциальная СО – система, движущаяся с ускорением или поворачивающаяся по отношению к первой СО.
  • Сопутствующая же СО – это система, которая совместно с материальной точкой, совершает то, что называется механическим движением тела. Иными словами, куда и с какой скоростью перемещается объект, вместе с ним перемещается и данная СО.

Материальная точка

Почему иногда употребляется понятие “тело”, а иногда – “материальная точка”? Второй случай указывается, когда размерами самого объекта можно пренебречь. То есть такие параметры, как масса, объем и прочее, не имеют значения для решения возникшей задачи. Например, если цель состоит в том, чтобы узнать, с какой скоростью движется пешеход относительно планеты Земля, то ростом и весом пешехода можно пренебречь. Он является материальной точкой. Механическое движение этого объекта не зависит от его параметров.

Используемые понятия и величины механического движения

В механике оперируют различными величинами, с помощью которых задаются параметры, пишется условие задач и находится решение. Перечислим их.

  • Изменение местоположения тела (или материальной точки) относительно пространства (или системы координат) с течением времени называется перемещение. Механическое движение тела (материальной точки), по сути дела, – это синоним к понятию “перемещение”. Просто второе понятие используют в кинематике, а первое – в динамике. Разница между этими подразделами была пояснена выше.
  • Траектория – это линия, по которой тело (материальная точка) совершает то, что называется механическим движением. Ее длина называется путь.
  • Скорость – это быстрота перемещения какой-либо материальной точки (тела), относительно заданной системы отчета. Определение системы отчета так же давалось выше.

Неизвестные величины, используемые для определения механического движения, в задачах находятся с помощью формулы: S=U*T, где “S” – расстояние, “U” – скорость, а “T” – время.

Из истории

Само понятие “классической механики” появилось еще в древности, и подтолкнуло к этому развивающееся быстрыми темпами строительство. Архимед сформулировал и описал правило рычага, теорему о сложении параллельных сил, ввел понятие “центр тяжести”. Так зачиналась статика.

Благодаря Галилею, в 17 веке стала развиваться “Динамика”. Закон инерции и принцип относительности – это его заслуга.

Исаак Ньютон, как уже говорилось выше, ввел три закона, которые легли в основу ньютоновой механики. Также он открыл закон всемирного тяготения. Так были заложены основы классической механики.

Неклассическая механика

С развитием физики, как науки, и с появлением больших возможностей в сферах астрономии, химии, математики и прочего классическая механика постепенно стала не основной, но одной из многих восстребованных наук. Когда активно стали вводить и оперировать такими понятиями, как скорость света, квантовая теория поля и так далее, законов, лежащих в основе “Механики”, стало не хватать.

Квантовая механика – это раздел физика, который занимается изучением сверхмалых тел (материальных точек) в виде атомов, молекул, электронов и фотонов. Эта дисциплина очень хорошо описывает свойства сверхмалых частиц. Помимо этого, она предсказывает их поведение в той или иной ситуации, а также в зависимости от воздействия. Предсказания, выполненные квантовой механикой, могут очень существенно отличаться от предположений классической механики, так как вторая не способна описать все явления и процессы, протекающие на уровне молекул, атомов и прочего – очень маленького и невидимого невооруженным глазом.

Релятивистская механика – это раздел физики, занимающийся изучением процессов, явлений, а так же законов при скоростях, сопоставимых со скоростью света. Все события, изучаемые этой дисциплиной, происходят в четырехмерном пространстве, в отличие от “классического” – трехмерного. То есть к высоте, ширине и длине мы прибавляем еще один показатель – время.

Какое еще бывает определение механического движения

Мы рассмотрели только базовые понятия, связанные с физикой. Но сам термин употребляется не только в механике, будь то классическая или неклассическая.

В науке под названием “Социально-экономическая статистика” определение механического движения населения дается, как миграция. Иными словами, это перемещение людей на большие расстояния, например, в соседние страны или на соседние континенты с целью смены места жительства. Причинами такого перемещения могут быть, как невозможность продолжать жить на своей территории из-за природных катаклизмов, например, постоянные наводнения или засуха, экономических и социальных проблем в своем государстве, так и вмешательство внешних сил, например, война.

В этой статье рассмотрено то, что называется механическим движением. Примеры приведены не только из физики, но и из других наук. Это указывает на то, что термин является многозначным.

Глоссарий: Физические основы механики. | Физика

Глоссарий: Физические основы механики.

Механическое движение – изменение положения тел или их частей в пространстве относительно друг друга с течением времени
Механика – раздел физики, изучающий закономерность механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение
Классическая механика – механика, созданная Г.Галилеем и И.Ньютоном и изучающая законы движения макроскопических тел, движущихся со скоростями малыми по сравнению со скоростью света в вакууме
Релятивистская механика – механика, основанная на специальной теории относительности, сформулированной А. Эйнштейном и изучающая движение макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света в вакууме
Квантовая механика – раздел физики, изучающий движение микроскопических тел, таких как отдельные атомы и элементарные частицы
Кинематика – раздел механики, изучающий механическое движение тел, не рассматривая обусловливающие это движение причины
Материальная точка – физическая модель, тело, обладающее массой, размерами которого можно пренебречь, по сравнению с расстояниями до других тел
Число степеней свободы – число независимых координат, полностью определяющих положение точки в пространстве
Траектория движения – линия, образованная множеством точек пространства, через которые прошла материальная точка в процессе движения
Мгновенная скорость – векторная величина, равная первой производной перемещения движущейся точки по времени и направленная по касательной к траектории в каждой ее точке
Кривизна траектории – величина, обратная радиусу кривизны траектории в данной точке
Тангенциальное ускорение – векторная величина, характеризующая изменение скорости по величине, направленная по касательной к траектории
Нормальное ускорение – векторная величина, характеризующая быстроту изменения скорости по направлению, направленная к центру кривизны траектории в данной точке
Угловая скорость – векторная величина, равная первой производной угла поворота по времени, и направленная вдоль оси вращения по правилу правого винта
Центростремительное ускорение – нормальное ускорение точки, равномерно движущейся по окружности
Динамика – раздел механики, изучающий причины, вызывающие или изменяющие движение тел
Первый закон Ньютона – существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на нее не действуют другие тела или действия тел компенсируются
инерция – явление сохранения скорости тела постоянной или равной нулю при условии отсутствия действия на тело других тел
Второй закон Ньютона – ускорение, приобретаемое материальной точкой, пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки
Третий закон Ньютона – силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, равны по модулю, противоположно направлены и действуют по прямой, соединяющей эти точки
Закон всемирного тяготения – тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними
Сила трения – сила, действующая на тело, движущееся по поверхности другого тела, в результате действия которой механическая энергия движения тела превращается во внутреннюю энергию
Упругая деформация – деформация, при которой тело восстанавливает прежнюю форму или размеры после прекращения действия внешних сил
Сила упругости – сила, возникающая в деформируемом теле и противодействующая действию внешней силы
Закон Гука – сила упругости, возникающая в деформируемом теле, пропорциональна его удлинению и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела
Элементарная работа силы – Скалярное произведение силы и элементарного перемещения
Мощность – работа, совершенная силой за единицу времени
Кинетическая энергия – энергия механического движения тела, равная половине произведения массы тела на квадрат скорости
Потенциальная энергия – механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними
Закон сохранения механической энергии – полная механическая энергия системы, в которой действуют только консервативные силы, сохраняется постоянной, т. е. не меняется со временем
Абсолютно упругий удар – удар, в результате которого в обоих взаимодействующих телах не остается никаких деформаций и вся кинетическая энергия, которой обладали тела до удара, после удара снова превращается в кинетическую энергию
Абсолютно неупругий удар – удар, в результате которого тела объединяются, двигаясь дальше как единое целое
Момент силы относительно неподвижной точки О – векторная величина, равная векторному произведению радиуса вектора r, проведенного из точки О в точку приложения силы на вектор силы
Свойство момента силы – при переносе точки приложения силы вдоль линии ее действия момент силы относительно неподвижной точки О не изменяется
Момент инерции тела относительно оси вращения – величина, равная сумме произведений масс материальных точек системы на квадрат их расстояний до оси
Момент импульса материальной точки относительно неподвижной точки О – векторная величина, равная векторному произведению радиуса вектора материальной точки на вектор ее импульса
Уравнение моментов – производная по времени от момента импульса L материальной точки относительно неподвижной оси равна моменту сил М, действующих на материальную точку, относительно этой оси
Закон сохранения момента импульса – момент импульса замкнутой системы тел остается постоянным, т. е. не меняется с течением времени
Собственные или свободные колебания – колебания, которые совершает система после того, как ее выведут из состояния равновесия и предоставят самой себе
Гармонические колебания – периодический процесс, при котором смещение колеблющегося тела происходит по закону синуса или косинуса
Свойство гармонических колебаний – период колебаний не зависит от амплитуды
Закон Кариолиса – сила, действующая на тело, движущееся в неинерциальной системе отсчета, вращающейся относительно инерциальной с постоянной угловой скоростью
Закон сложения скоростей Галилея – скорость относительно одной инерциальной системы отсчета равна сумме скоростей относительно другой системы отсчета и относительной скорости движения одной инерциальной системы относительно другой
Первый постулат Эйнштейна – все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой
Второй постулат Эйнштейна – принцип инвариантности скорости света – скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета
Масса покоя – масса, измеренная в той инерциальной системе отсчета, относительно которой материальная точка находится в состоянии покоя
Закон взаимосвязи массы и энергии – полная энергия системы равна произведению ее массы на квадрат скорости света в вакууме
Энергия покоя – энергия, равная произведению массы покоя на квадрат скорости света в вакууме
Гидроаэродинамика – раздел механики, изучающий равновесие и движение жидкостей и газов, их взаимодействие между собой и обтекаемыми ими твердыми телами
Несжимаемая жидкость – жидкость, плотность которой всюду одинакова и не изменяется со временем
Давление жидкости – физическая величина, равная нормальной силе, действующей со стороны жидкости на единицу площади
Закон Паскаля – давление в любом месте покоящейся жидкости одинаково по всем направлениям
Закон Архимеда – на тело, погруженное в жидкость или газ, действует со стороны этой жидкости направленная вверх выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости
Уравнение непрерывности – Соотношение вида S1V1=S2V2=const, означающее, что произведение скорости течения несжимаемой жидкости на поперечное сечение трубки тока, есть величина постоянная для данной трубки тока
Статическое давление – давление жидкости на поверхность обтекаемого ею тела
Динамическое давление – физическая величина, пропорциональная произведению плотности жидкости на квадрат ее скорости
Формула Торричелли – скорость истечения жидкости через малое отверстие в стенке или дне сосуда пропорциональна квадратному корню из произведения высоты столба жидкости на ускорение свободного падения
Вязкость – свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой
Подъемная сила – сила, действующая на тело, движущееся в жидкости или газе, направленная перпендикулярно направлению жидкости
Молекулярная физика – раздел физики, изучающий строение и свойства вещества, содержащего огромное количество находящихся в непрерывном хаотическом движении атомов и молекул
Молекулярно-кинетическая теория – раздел молекулярной физики, основанной на статистическом методе исследования систем
Термодинамика – раздел физики, изучающий свойства микроскопических систем, не рассматривая протекающих в них микропроцессов, а используя феноменологический подход
Относительная молекулярная масса – отношение массы молекулы вещества к 1/12 массы изотопа углерода С12
Моль – количество вещества, содержащее такое количество молекул, что и 0,012 кг изотопа углерода С12
Идеальный газ – Идеализированная физическая модель, согласно которой собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда, между молекулами отсутствуют силы взаимодействия и столкновения молекул газа между собой и стенкой сосуда абсолютно упругие
Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона) – уравнение вида pVm=RT, где Vm- молекулярный объем, а R- молярная газовая постоянная
Статистическая физика – раздел теоретической физики, изучающий свойства систем, состоящих из очень большого числа частиц с помощью статистического метода
Распределение Максвелла – распределение молекул по скоростям, не зависящее от времени, имеющие вид: f(V)=4π (M0/2πkT)3/2 V2 e –M0V2/2kT, где M0 – масса молекул газа, T – температура, k- постоянная Больцмана
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории – уравнение, выражающее прямопропорциональную зависимость давления газа от концентрации молекул, массы молекул и квадрата среднеквадратичной скорости молекул
Закон Больцмана – Закон о равнораспределении энергии по степеням свободы, согласно которому на каждою поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная ½ kT, а на колебательную степень свободы kT
Равновесное состояние – Состояние системы, при котором все термодинамические параметры имеют определенные значения, в котором система может оставаться сколь угодно долго при неизменных внешних условиях
Неравновесное состояние – Состояние системы, при котором хотя бы один из термодинамических параметров не имеет определенного значения
Первое начало термодинамики – уравнение вида δΘ=αЕ+δА, количество теплоты, сообщенное системе, идет на изменение внутренней энергии и совершение системой работы над внешними телами
Теплоемкость – физическая величина, равная количеству теплоты, затрачиваемой на изменение температуры на один градус Кельвина
Изопроцессы – процессы идеальных газов в которых хотя бы один из термодинамических параметров в состоянии системы не изменяется со временем, масса газа остается постоянной
Адиабатический процесс – процесс идеальных газов, протекающий без теплообмена с внешней средой
Обратимые процессы – процессы, которые могут быть проведены в обратном направлении таким образом, что система будет проходить через те же промежуточные состояния, что и при прямом ходе
Цикл Карно – цикл, состоящий из двух адиабатических процессов
Второе начало термодинамики – положение, устанавливающее направление течения и характер процессов, происходящих в природе
Энтропия – функция состояния системы, дифференциалом которой является отношение количества теплоты, сообщаемого телу на бесконечно малом участке процесса к температуре теплоотдающегоению тела
Теорема Клаузиуса – сумма приведенных теплот при переходе идеального газа из одного состояния в другое не зависти от пути перехода
Флуктуации физических величин – отклонения физических величин от их средних значений
Абсолютная флуктуация – величина, равная квадратному корню из средней величины квадрата разности истинного и среднего значения этой величины
Относительная флуктуация – величина, равная отношению абсолютной флуктуации к среднему значению физической величины
Уравнение Ван-дер-Ваальса – уравнение состояния реального газа, учитывающее с помощью поправок собственный объем молекул газа и силы межмолекулярного взаимодействия
Критическая температура – температура, зависящая от параметров реального газа, при которой уравнение Ван-дер-Ваальса имеет одно действительное решение, что свидетельствует о том, что реальный газ близок к идеальному
Фаза – термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества
Фазовый переход – переход вещества из одной фазы в другую
Фазовый переход I рода – фазовый переход, сопровождающийся поглощением или выделением теплоты
Фазовый переход II рода – фазовый переход, не связанный с поглощением или выделением теплоты, сопровождающийся скачкообразным изменением теплоемкости
Сублимация или возгонка – процесс преодоления молекулами твердого тела сил молекулярного притяжения, сопровождающийся переходом этих молекул в окружающее пространство
Уравнение Клапейрона- Клаузиуса – уравнение, позволяющее рассчитать кривые равновесия двух фаз одного и того же вещества
Тройная точка – точка, в которой пересекаются кривые фазового равновесия, определяющая условия одновременного равновесного сосуществования трех фаз вещества
Молекулярное давление жидкости – давление, которое оказывают на жидкость поверхностного слоя силы притяжения между молекулами этой жидкости
Поверхностная энергия – энергия, которой обладают молекулы поверхностного слоя жидкости
Поверхностное натяжение – физическая величина, определяемая как плотность поверхностной энергии
Полное смачивание – яЯвление, когда жидкость растекается по поверхности твердого тела
Полное несмачивание – Явление, когда жидкость стягивается в каплю, имеет одну точку соприкосновения с по поверхностью твердого тела
Капиллярность – явление изменения высоты уровня жидкости в капиллярах, которое возникает из-за искривления поверхности жидкости в капиллярах, вызванного смачиванием жидкостью стенок капилляра
Кристаллическая решетка – структура, для которой характерно регулярное расположение частиц с периодической повторяемостью во всех трех измерениях
Монокристаллы – твердые тела, частицы которых образуют единую кристаллическую решетку
Изотропные тела – тела, свойства которых одинаковы по всем направлениям
Закон Дюлонга и Пти – закон постоянства теплоемкости кристаллов, отсутствие зависимости теплоемкости кристаллов от температуры
Аморфные тела – тела, сохраняющие свою форму вследствие повышения вязкости сильно переохлажденной жидкости
Закон Фурье – зЗакон диффузии, согласно которому тепловой поток прямо пропорционален градиенту температуры и направлен в сторону его убывания
Закон Фина – зЗакон диффузии, согласно которому плотность потока импульса прямо пропорционален градиенту плотности вещества и направлена в сторону его убывания
Закон внутреннего трения – закон, согласно которому плотность потока импульса прямо пропорционален градиенту скорости и направлена в сторону его убывания
Плазма – частично или полностью ионизированный газ, в котором объемные плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы
Колебания – процессы, отличающиеся той или иной степенью повторяемости
Гармонический осциллятор – система, в которой могут возбуждаться гармонические колебания
Амплитуда колебаний – наибольшее отклонение колеблющейся величины от положения равновесия
Биения – гармонические колебания с пульсирующей амплитудой
Спектр колебания – представление сложного колебания в виде составляющих его гармонических колебаний
Собственная частота – частота, с которой совершаются свободные колебания в отсутствии сопротивления
Вынужденные колебания – колебания, происходящие под действием внешней силы

Резонанс – явление возрастания амплитуды вынужденных колебании при приближении частоты вынуждающей силы к некоторой определенной для данной системе частоты
Резонансная кривая – график зависимости амплитуды вынужденных колебании от частоты вынуждающей силы
Волна – процесс распространения колебаний в пространстве
Волновая поверхность – геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе
Длина волны – расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний
Волновое число – величина, равная отношению 2π к длине волны
Плотность потока энергии (вектор Умова) – векторная величина, численно равная потоку энергии через единичную площадку, перпендикулярную к направлению, в котором переносится энергия
Интенсивность волны – среднее во времени значение плотности потока энергии, переносимой волной
Когерентные волны – волны, обладающие постоянной разностью фаз
Интерференция – явление усиления результирующих колебаний в одних точках пространства и ослабления в других, возникающее при сложении когерентных волн
Стоячая волна – волна, образующаяся в результате наложения двух встречных плоских волн, имеющих одинаковые амплитуды и
частоты
Пучность стоячей волны – точка, где амплитуда стоячей волны достигает максимального значения
Звуковые волы (звук) – упругие волны, обладающие частотами в пределах 16-20000 Гц
Бел – единица уровня громкости
Эффект Доплера – явление изменения частот колебаний, воспринимаемых приемником, при движении источника этих колебаний и приемника друг относительно друга
Вектор Пойтинга – вектор плотности потока электромагнитной энергии
Луч – линия, вдоль которой распространяется энергия световой волны
Световой поток – поток световой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению
Кандела (кд) – единица силы света
Люмен (лм) – единица светового потока, равная световому потоку, излучаемому изотропным источником силой света 1 кд в пределах телесного угла в один стерадиан
Освещенность – величина, равная отношению светового потока, падающая на поверхность, к площади этой поверхности
Светимость – величина, равная отношению светового потока, испускаемого поверхностью источника по всем направлениям, к площади этой поверхности
Яркость – величина, равная отношению силы света светящейся поверхности в данном направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению
Закон прямолинейного распространения света – в однородной среде свет распространяется прямолинейно

Угол падения – угол между падающим лучом и нормалью к поверхности раздела двух сред в точке падения
Угол отражения – угол между отраженным лучом и нормалью к поверхности раздела двух сред в точке падения
Угол преломления – угол между преломленным лучом и нормалью к поверхности раздела двух сред в точке падения
Принцип Гюйгенса – все точки поверхности, через которую проходит фронт волны в момент времени t, можно рассматривать как источники вторичных волн, а положение второго фронта в момент времени t +Δ t совпадают с поверхностью, огибающей все вторичные волны
Когерентность – согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов
Монохроматическая волна – волна одной определенной и постоянной частоты

Дифракция света – совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при распространении света в среде с резкими неоднородностями
Дифракция Фраунгофера – дифракция в параллельных лучах
Закон Френеля – зоны на волновой поверхности построены так, что расстояния от краев каждой зоны до точки, в которой определяется амплитуда колебаний, отличаются друг от друга на λ (λ – длина волны в той среде, в которой распространяется волна)
Дифракционная решетка – совокупность большого числа одинаковых, отстоящих друг от друга на одно и то же расстояний щелей
Критерий Рэлея – изображение двух одинаковых точечных источников или двух спектральных линий разрешимы ( разделены для восприятия), если центральный максимум дифракционной картины от одного источника (линии) совпадает с первым минимумом дифракционной картины от другого
Голография – особый способ фиксирования и последующего восстановления структуры световой волны, отраженной предметом, основанный на регистрации интерференционной картины
Дисперсия света – явления, обусловленные зависимостью показателя преломления вещества от длины световой волны
Поляризованный свет – свет, в котором направление колебаний упорядоченно каким-либо образом
Поляризатор – прибор, который преобразует естественный свет в плоскополяризованный
Степень поляризации величина, равная: – P = (Imax-Imin)/( Imax+Imin), где Imax и Imin – соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого поляризатором.
Угол Брюстера – угол падения, при котором отраженный луч становится плоскополяризованным
Обыкновенный луч – один из преломленных лучей при двойном лучепреломлении, поведение которого подчиняется закону преломления
Необыкновенный луч – преломленный луч, образующийся при двойном лучепреломлении, поведение которого не подчиняется закону преломления

Электрический заряд – физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия частиц
Электрически изолированная система – система, через границу которой не могут проникать заряженные частицы
Закон сохранения электрического заряда – суммарный заряд электрически изолированной системы не может изменяться
Точечный заряд – заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями от этого тела до других тел, несущих электрический заряд
Закон Кулона – сила взаимодействия F двух неподвижных точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов q1 и q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними r: F = k (q1 q2)/ r2
Напряженность электрического поля в данной точке – векторная величина, характеризующая электрическое поле, равная силе, действующей на единичный неподвижный точечный заряд, находящийся в данной точке поля:
ыыы
Принцип суперпозиции (наложения) электрических полей – напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый из зарядов в отдельности
Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме – поток вектора Е через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, которые она охватывает, деленной на ε0:
Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов
– Wp= k (q1 q2)/ r
Потенциал в данной точке электрического поля – скалярная величина, равная потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещенного в этой точке: φ = Wp/ q
Определение потенциала по напряженности – φ1- φ2=∫Е dl
Определение напряженности по потенциалу – E=-gradφ
Электростатическая индукция – возникновение собственного электрического поля в веществе в результате смещения его положительных и отрицательных зарядов в разные стороны под действием внешнего электрического поля
Электрический момент диполя – векторная величина, численно равная произведению заряда на расстояние между зарядами, направленная по радиус-вектору, произведенному от отрицательного заряда диполя к положительному
Теорема Гаусса для вектора D – поток вектора электрической индукции сквозь замкнутую поверхность равен сумме свободных зарядов, охваченных этой поверхностью
Электрическая емкость – характеристика способности тела, будучи заряженным, создавать в пространстве электрическое поле
Энергия заряженного конденсатора – работа, которую необходимо совершить, чтобы зарядить конденсатор: W = C •φ2/2=q• φ/2= q2/2C
Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов
Сила тока – количественная характеристика электрического тока, определяемая величиной заряда, переносимого через рассматриваемую поверхность в единицу времени: I = dq/dt
Электродвижущая сила (э. д.с.) – величина, характеризующая сторонние силы, равная работе сторонних сил над перемещающимся единичным положительным зарядом: Е =А/ q
Закон Ома – сила тока, текущего по однородному ( в смысле отсутствия сторонних сил) проводнику, пропорциональна падению напряжения на проводнике: I = U/R
Работа электрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением R за время dt – скалярная величина, равная dA = I2R dt
Первое правило Кирхгофа – в каждой точке разветвления проводов алгебраическая сумма сил токов равна нулю; токи, идущие к точке разветвления, и точки, исходящие из нее, следует считать величинами разных знаков
Второе правило Кирхгофа – сумма электродвижущих сил, действующих в произвольном замкнутом контуре, состоящим из проводов, равна сумме произведений сил токов в отдельных участках этого контура на их сопротивления: ∑εi =∑Ii Ri
Закон Био-Савара-Лапласа – магнитная индукция поля dВ, создаваемая элементом длины dl проводника с током I в некоторой точке, определяемой радиусом – вектором r, проведенным из элемента dl, равна
Магнетик – вещество, способное намагничиваться под действием магнитного поля
Намагниченность J – характеристика намагничения магнетика, равная магнитному моменту единицы объема
Магнитная проницаемость вещества μ – величина, показывающая во сколько раз увеличивается индукция магнитного поля макротоков при заполнении пространства магнетиком (т. е. за счет поля молекулярных токов среды)
Напряженность магнитного
поля
– характеристика магнитного поля макротоков,
Н=В/μ0 – J = В/ μ •μ0

Закон Ампера – сила, действующая на элемент длины dl проводника с током I, помещенный в магнитное поле с магнитной индукцией В, равна dF = I [dIB]
Магнитная сила – сила, действующая на заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле с индукцией B:F= q[vB]
Сила Лоренца – результирующая сила, действующая на заряд q, движущийся со скоростью v, со стороны магнитного поля с индукцией B и электрического поля с напряженностью Е: F=qE+q[vB]
Электромагнитная индукция – явление, при котором в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток
Закон электромагнитной индукции Фарадея – э.д.с. электромагнитной индукции в контуре не зависит от способа изменения магнитного потока и численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром: Ei= – d Ф/dt
Индуктивность контура L – коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и током Ф = L •I
Э. д.с. самоиндукции – величина, пропорциональная и противоположная по знаку скорости изменения силы тока в контуре: Ei= – L (dI/ dt)
Энергия магнитного поля – величина, равная работе, которая затрачивается током на создание этого поля:W=(L•I2)/2
Общая формулировка закона электромагнитной индукции – всякое изменение магнитного поля во времени возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле; циркуляция вектора напряженности ЕВ этого поля по любому неподвижному замкнутому контуру L численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром
Электромагнитная волна – взаимосвязанное распространение в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей
Колебательный контур – электрическая цепь, содержащая индуктивность и емкость, в которой могут возникать свободные ээлектромагнитные колебания
Формула Томсона для периода колебаний
Т = 2 π√ LС
Переменный ток – электрический ток, сила или направление которого (или то и другое вместе) изменяется во времени
Полное электрическое сопротивление или импеданс
Z = √R2+[ ω • L-1/ (ω • C) ] 2
Мгновенная мощность переменного тока – произведение мгновенных значений напряжения и силы тока P(t) = U(t) • I(t)

Тепловое излучение – электромагнитное излучение, возникающее за счет энергии теплового движения атомов и молекул
Люминесценция – электромагнитное излучение, возбуждаемое за счет любого вида энергии, кроме внутренней, тепловой
Испускательная способность тела ( спектральная плотность энергетической светимости) – поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела в единичном интервале частот
Поглощательная способность тела – безразмерная величина аν,Т, показывающая, какая часть потока лучистой энергии dФ’ν, падающего на единичную площадку поверхности тела в единичном интервале частот, будет поглощена телом аν,Т= dФ’ν / dФν, где dФ’ν – поглощенный поток, dФν –падающий поток
Абсолютно черное тело – тело, полностью поглощающее падающее на него излучение всех частот, т. е. тело, имеющее поглощательную способность аν,Т =1
Серое тело – тело, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех частот, т.е. аν,Т = аТ = const Закон Кирхгофа – отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела; оно является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией частоты (длины волны) и температуры
Закон Стефана – Больцмана – энергетическая светимость абсолютно черного тела R* – пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры R*= σ Т4, где σ – постоянная величина
Закон смещения Вина – длина волны, на которую приходится максимум энергии в спектре равновесного излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре излучающего тела. Λm=b/T, где b – постоянная величина, называемая постоянной Вина
Формула Рэлея – Джинса – f(ν,T) = (2πν2/c2) kT, где f(ν,T) – функция Кирхгофа, ν – частота, с- скорость света в вакууме, k – постоянная Больцмана, Т – температура. Согласуется с экспериментальными данными лишь при больших длинах волн
Квант – конечная порция энергии, излучаемая или поглощаемая веществом, величина, пропорциональна частоте излучения ν : Е=hν, где h – постоянная Планка, равная h = 6,625 10-34 Дж с
Формула Планка – формула, определяющая функцию Кирхгофа
f(ν,T) = (2πν2/c2) (hν / е hν/ kT-1)
Внешний фотоэлектрический эффект – испускание электронов веществом под действием света
Формула Эйнштейна – формула, выражающая закон сохранения энергии при фотоэффекте hν= ½ mv2m+A, где m – масса электрона, v2m – максимальная скорость вылетевшего электрона, А- работа выхода, ν – частота излучения
Фотон – квант электромагнитного излучения, нейтральная элементарная частица с нулевой массой и спином 1; переносчик электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами
Обобщенная формула Бальмера – формула, описывающая спектр атома водорода
ν = R (1/m2-1/n2), где ν – частота спектральной линии, m и n – целые числа, принимающие значение m = 1,2,…6 ( определяет серию линий), n = m +1,m+2,…( определяет отдельные линии серий), R – константа Ридберга, равная R = 3,29 10-15 с-1
Первый постулат Бора – существование ряда стационарных состояний атома, соответствующих определенным значениям его внутренней энергии E.
Второй постулат Бора (правило частот) – излучения при переходе атома из одного стационарного состояния ( E1) в др. ( E2): hν = ( E1 — E2)/ h, где h — Планка постоянная.
Квантовые числа – целые или дробные числа, определяющие возможные дискретные значения физических величин, характеризующих квантовые системы (атомное ядро, атом, молекулу и др.) и отдельные элементарные частицы.
Волна де Бройля – проявление универсальной корпускулярно-волнового дуализма материи: любой «частице» с энергией Е и импульсом р соответствует волна, называемая волной де Бройля, с длиной h/p и частотой v = E/h, где h — постоянная Планка. Волны де Бройля интерпретируются как волны вероятности; их существование, на которое указал Л. де Бройль в 1924, подтверждается, напр., дифракцией частиц.
Волновой пакет – суперпозиция волн, мало отличающихся друг от друга по частоте
Групповая скорость – скорость перемещения точки, в которой амплитуда волнового пакета максимальна
Волновая функция ( пси – функция) – (вектор состояния), в квантовой механике основная величина, описывающая состояние системы и позволяющая находить вероятности и средние значения характеризующих ее физических величин. Квадрат модуля волновой функции равен вероятности данного состояния, поэтому волновую функцию называют также амплитудой вероятности
Условие нормировки волновой функции – интеграл квадрата модуля волновой функции ψ, взятый по всему пространству равен ∫ ψ* ψ dV=1
Принцип суперпозиция волновых функций – если ψ1 и ψ2 – волновые функции, описывающие какие – то два состояния частицы, то всякая линейная комбинация этих функций С1ψ1 + С2ψ2 представляет так же волновую функцию той же частицы, описывающую какое – то ее состояние (С1 и С2 произвольные комплексные числа)
Соотношение неопределенностей Гейзенберга – микрочастица не может иметь одновременно и определенную координату (x,y,z) и определенную соответствующую проекцию импульса (px,px,pz), причем неопределенности этих величин удовлетворяют условиям
Δ x Δ px≥ h, Δ y Δ py ≥ h, Δ z Δ pz ≥ h
Уравнение Шредингера – основное уравнение нерелятивистской квантовой механики, которое определяет волновую функцию ψ частицы в силовом поле, и описывается функцией U(x,y,z,t)
-ћ2/2m Δ ψ + U ψ = iћ (d ψ/ dt), где m – масса частицы, I – мнимая единица, Δ – оператор Лапласа
Уравнение Шредингера для стационарных состояний – уравнение Шредингера в случае стационарного силового поля U(x,y,z,)
Δ ψ + (2m/ ћ2)(E-U) ψ =0
где Е – полная энергия частицы
Туннельный эффект – прохождение частицы сквозь потенциальный барьер
Коэффициент прозрачности потенциального барьера – Величина, равная отношению квадрата модуля амплитуды волны де Бройля, прошедшей сквозь барьер, к квадрату модуля амплитуды волны де Бройля, падающей на барьер
D = |Aпр|2/ |Апад |2
Нулевая энергия – наименьшее возможное значение энергии гармонического осциллятора, равное Е0= ½ ћ ω
Орбитальное квантовое число l – целое число, которое при заданном главном квантовом числе n принимает значения l=0,1,…( n-1) и определяет момент импульса в атоме
Магнитное квантовое число ml – целое число, которое при заданном l может принимать значения ml= 0,±1, ±2…± l, и определяет проекцию момент а импульса электрона на некоторое направление
Спин – собственный момент количества движения микрочастицы, имеющий квантовую природу и не связанный с движением частицы как целого; измеряется в единицах Планка постоянной ћ и может быть целым (0, 1, 2,. ..) или полуцелым (1/2, 3/2,…)
Магнитное спиновое квантовое число – опред

Материал по физике “Вопросы для устного опроса по теме “Кинематика””

1. Что изучает механика?

2. Дайте определение механического движения. Приведите примеры.

3. Какое движение называется поступательным?

4. В чем заключается основная задача механики?

5. Что такое тело отсчета?

6. Что такое система отсчета? Зачем в ней нужны часы?

7. Приведите примеры задач, решением которых занимается современная физика

8. Дайте определение материальной точки

9. Дайте определение материальной точки Примеры.

10. Зависит ли траектория движения тела от выбора СО? Примеры

11. Что такое путь? Какова его единица в СИ?

12. Почему, зная путь не всегда можно определить положение тела?

13. Дайте определение перемещения. Каким символом его обозначают?

14. При каких условиях модуль перемещения равен пройденному пути?

15. Запишите формулу определения положения тела в пространстве через проекции

16. Какое движение называется прямолинейным равномерным?

17. Дайте характеристику скорости равномерного прямолинейного движения

18. Какой вид имеет график зависимости cкорости от времени при равномерном прямолинейном движении?

19. Как вычислить перемещение тела, если известны скорость и время движения тела?

20. Каков геометрический смысл перемещения?

21. Запишите уравнение координаты при равномерном прямолинейном движении.

22. Что понимают под относительностью механического движения?

23. Как угол наклона графика координаты равномерного прямолинейного движения зависит от скорости движения тела?

24. Какие характеристики механического движения изменяются при переходе от одной системы отсчета к другой?

25. Какие характеристики механического движения остаются неизменными при переходе от одной СО к другой?

26. Приведите примеры, подтверждающие, что движение и покой относительны.

27. сформулируйте закон сложения перемещений.

28. Сформулируйте закон сложения скоростей.

29. Всегда ли в качестве неподвижной СО нужно выбирать ту, которая связана с Землей? Приведите примеры, подтверждающие ваше утверждение.

30. как определить среднюю путевую скорость движения тела?

31. Как направлен вектор мгновенной скорости движения тела?

32. Какую скорость показывает спидометр?

33. Какое движение называют равноускоренным прямолинейным?

34. Дайте определение ускорения движения тела

35. Какова единица ускорения движения тела в СИ?

36. Как движется тело, если направление его ускорения совпадает с направлением скорости движения? Противоположно скорости движения тела?

37. С помощью каких формул можно вычислить проекцию перемещения при равноускоренном прямолинейном движении?

38. Что представляет собой график зависимости проекции перемещения от времени?

39. Запишите уравнение координаты для равноускоренного прямолинейного движения

40. Что представляет график координаты для равноускоренного прямолинейного движения?

41. Какое движение называют свободным падением тел?

42. Каков характер движения свободно падающего тела?

43. Опишите опыты, с помощью которых можно установить, что ускорение свободного падения не зависит от массы тела.

44. Как направлено ускорение свободного падения и чему оно равно?

45. ка и кем было доказано, что при отсутствии сопротивления воздуха все тела тела падают на поверхность Земли с одинаковой скоростью?

46. Запишите формулу для расчета проекции скорости при свободном падении тел

47. Запишите формулу для расчета проекции перемещения при свободном падении тел

48. Запишите уравнение координаты при свободном падении тел.

49. Какое движение называется криволинейным?

50. Может ли тело двигаться по криволинейной траектории без ускорения? Доказать.

51. Как направлен вектор мгновенной скорости при криволинейном движении?

52. Дать определение линейной скорости. Каким символом ее обозначают? какова ее единица в СИ?

53. Какое движение называют равномерным движением по окружности?

54. Какие физические величины характеризуют скорость движения тела по окружности?

55. Как определить линейную скорость равномерного движения тела по окружности?

56. Дайте определение угловой скорости движения тела по окружности. Какова ее единица в СИ?

57. Каким соотношением связаны угловая и линейная скорости?

58. Какие физические величины характеризуют периодичность движения тела по окружности?

59. Дайте определение периода обращения тела. Какова его единица в СИ

60. Дайте определение частоты обращения тела по окружности. Какова ее единица в СИ?

61. По какой формуле определяют центростремительное ускорение тела?

Полную информацию смотрите в файле.

определение механики по The Free Dictionary

Этот центр, образованный неопределенными молекулами, начал вращаться вокруг своей оси при постепенном его сгущении; затем, следуя непреложным законам механики, по мере того, как ее объем уменьшался в результате конденсации, ее вращательное движение ускорялось, и эти два эффекта продолжались, результатом было образование одной главной звезды, центра туманной массы. Механики и фабриканты. всегда будут склонны, за немногими исключениями, отдать свои голоса купцам, а не представителям их профессий или ремесел.Д’Артаньян помнил, что англичане мастера механики и консервативной промышленности; и он решил отправиться утром на поиски механика, который продаст ему прочный ящик. Я познакомился с несколькими мастерами-механиками, но самым интересным парнем среди них был кузнец Доули. читатель с конкретным описанием моей собственной механики; достаточно сказать, что за шесть недель с помощью гнедой кобылы, которая выполнила наиболее трудоемкие части, я построил своего рода индейское каноэ, но гораздо большего размера, покрыв его шкурами йаху, хорошо сшитыми. вместе с пеньковыми нитками моего собственного изготовления.В другое время танцевать мог любой, кто платил деньги и соблюдал порядок; железнодорожники, дежурные механики, рассыльные, ледовщик, рабочие, которые жили достаточно близко, чтобы ездить в город после окончания рабочего дня. любой должности. Если на данное тело действует множество одновременно и разнонаправленных сил, то направление его движения не может совпадать ни с одной из этих сил, а всегда будет средним — то, что в механике изображается диагональю параллелограмма сил .Когда он снова вышел на улицу, мальчик впервые заметил человека, одетого как респектабельный механик, идущего по противоположной стороне дороги и, очевидно, держащего в поле зрения матроса. замки на дверях всех камер, когда механик сказал ему: «Да ведь я видел, как ты дрался перед землетрясением в Павильоне механика». состоятельный механик в бизнесе для себя.

1: Введение в классическую механику

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
Без заголовков

Классическая механика изучает движение тел под действием физических сил. Сила — это любое воздействие, которое может заставить объект изменить свою скорость.Объектом может быть что угодно, от элементарной частицы до галактики. Конечно, все, что крупнее элементарной частицы, в конечном счете состоит из элементарных частиц, но, к счастью, нам обычно не приходится учитывать их все, и мы можем масштабировать объекты в масштабе. Как и любая физическая модель, классическая механика является приближением и имеет свои ограничения — она не работает в очень малых масштабах, на высоких скоростях и в больших гравитационных полях, — но в пределах своего диапазона применимости (который включает практически все явления в повседневной жизни). ) это очень полезно.

Классическая механика основана на небольшом количестве физических законов, которые являются математическими формулировками физического наблюдения. Одни законы можно вывести из других, но нельзя вывести их все с нуля. Некоторые законы являются аксиомами, и мы предполагаем, что они верны. Законы, с которыми мы столкнемся, можно разделить на три класса: законы движения Ньютона, законы сохранения и законы силы. Как мы увидим, три закона сохранения классической механики (энергии, импульса и углового момента) можно вывести из второго и третьего законов движения Ньютона, как и первый закон Ньютона.Законы силы дают нам силу, действующую на определенную физическую систему — например, на сжатую пружину (закон Гука) или на две заряженные частицы (закон Кулона). Они также связаны с законами движения Ньютона, хотя они не могут быть выведены из них и сами по себе являются аксиомами.

Помимо физических законов существует большое количество определений – которые не следует путать с законами. Определения — это просто удобный выбор. Хорошим примером является определение числа π: половина отношения длины окружности к радиусу круга.Как вы, наверное, заметили, очень удобно, что это число получило свой общепризнанный символ, так как оно встречается практически везде. Однако здесь нет аксиомы, поскольку мы просто берем отношение и даем ему имя.

  • 1.1: Размеры и единицы измерения
    Измеряемые величины — это не просто числа, они соответствуют чему-то физическому, а 10 секунд — это нечто совершенно отличное от 10 метров или 10 килограммов. Термин, который мы используем, чтобы выразить это, к сожалению, означает, что физические величины имеют размерность — не путать с длиной, высотой и шириной. Все, что имеет измерение, может быть измерено, и для этого мы используем единицы, хотя могут быть разные единицы, в которых мы измеряем одну и ту же величину.
  • 1.2: Анализ размерностей
    Хотя вам, конечно, потребуется полная физическая модель (представленная в виде набора математических уравнений) для полного описания физической системы, вы можете продвинуться удивительно далеко с помощью простого метода, который не требует подробные знания вообще. Этот метод известен как размерный анализ и основан на наблюдении из предыдущего раздела, что две части любого физического уравнения должны иметь одинаковую размерность.Вы можете использовать этот принцип для качественного понимания системы.
  • 1.E: Введение в классическую механику (упражнения)

Значение понятия потенциала в механике (и в физике)

Если кто-то знает книги/статьи, посвященные значению понятия потенциала в физике (или касающиеся физических основ, лежащих в основе энергетических методов механики), то я был бы очень признателен за знакомство с ними.

Обратите внимание, когда я говорю о физических базах, я имею в виду физических баз — не «более простые/предварительные математические понятия/процедуры, которые очень легко реализовать». Таким образом, мой запрос касается материала, который в первую очередь концептуальный, а не математический. (Кстати: математический материал по этой теме так легко достать, что, говоря метафорически, рукой подать, если не 1200 ссылок, если не дюжину. … Но я говорил о трактовке, которая не является исключительно математической. Я искал противовес Лагранжу.)

Также обратите внимание, что под потенциалом я имею в виду не только ограниченный контекст электромагнетизма (ЭМ). В самом деле, если вы спросите меня, энергетические методы гораздо более ценны в механике, чем в ЭМ, прежде всего потому, что в механике так легко столкнуться со (статически) неопределенным случаем. Таким образом, импульсный подход не является наиболее удобным.

Я уже просмотрел книгу Ланцоша («Вариационные принципы механики») и нашел ее полезной. Как раз подходящая книга, хотя если бы у меня был материал для написания этой книги, я бы не представил ее в том порядке, в котором он это делает…. В любом случае, кроме этой книги, есть ли еще какой-нибудь источник? Вот такой у меня вопрос.

Я мог бы также упомянуть здесь, что для моих целей Гольдштейн (Классическая механика) был большим разочарованием (как с точки зрения содержания, так и с точки зрения их порядка), как и Вайнсток (Вариационное исчисление). Я помню, как несколько лет назад очень быстро просмотрел книги Морса и Фешбака, но не нашел ничего непосредственно полезного в этом контексте.

Итак, вот.Буду очень признателен за любые индикаторы/ссылки, кроме Lanczos. Если их нет, я думаю, я мог бы сам написать исследовательскую статью на эту тему.

Заранее спасибо за любые ссылки/ссылки.

Определение классической механики в физике.

Примеры классической механики в следующих темах:

  • Боровская модель атома

    • Бор предположил, что электроны в водороде могут совершать определенные классические движения только тогда, когда они ограничены квантовым правилом.
    • Законы классической механики предсказывают, что электрон должен испускать электромагнитное излучение, вращаясь вокруг ядра (согласно уравнениям Максвелла, ускоряющий заряд должен испускать электромагнитное излучение).
    • Он предположил, что электроны могут иметь только определенные классических движений:
    • На этих орбитах ускорение электрона не приводит к излучению и потерям энергии, как того требует классическая электродинамика.
    • Значение модели Бора состоит в том, что законы классической механики применимы к движению электрона вокруг ядра только тогда, когда оно ограничено квантовым правилом.
  • Обзор теории температуры и кинетики

    • Классическая механика определяет поступательную кинетическую энергию молекулы газа следующим образом:
    • Распределение скоростей (определяющих поступательные кинетические энергии) частиц в классическом идеальном газе называется распределением Максвелла-Больцмана.
    • В кинетической теории температура классического идеального газа связана с его средней кинетической энергией на степень свободы Ek уравнением:
  • Волновая функция

    • Волновая функция — это амплитуда вероятности в квантовой механике , которая описывает квантовое состояние частицы и ее поведение.
    • В квантовой механике волновая функция — это амплитуда вероятности, описывающая квантовое состояние частицы и ее поведение.
    • Законы квантовой механики (уравнение Шредингера) описывают, как волновая функция изменяется во времени.
    • На этом рисунке показаны некоторые траектории гармонического осциллятора (шарик, прикрепленный к пружине) в классической механике (A-B) и квантовой механике (C-H).
    • Это “квантование энергии” не происходит в классической физике, где осциллятор может иметь любую энергию.
  • Релятивистская кинетическая энергия

    • В классической механике кинетическая энергия объекта зависит как от массы тела, так и от его скорости.
    • Классическая кинетическая энергия объекта связана с его импульсом уравнением:
    • На малой скорости ($v классическая кинетическая энергия.
    • Таким образом, полную энергию можно разделить на энергию массы покоя плюс традиционную классическую кинетическую энергию на малых скоростях.
    • Сравните классическую и релятивистскую кинетическую энергии для объектов со скоростями намного меньшими и приближающимися к скорости света
  • Модель Бора

    • Из-за своей простоты и правильных результатов для выбранных систем модель Бора до сих пор широко используется для ознакомления студентов с квантовой механикой .
    • Квантовую теорию периода между открытием Планком кванта (1900 г.) и появлением полномасштабной квантовой механики (1925 г.) часто называют старой квантовой теорией.
    • В 1913 году Бор предположил, что электроны могут иметь только определенные классических движений:
    • Модель Бора важна, потому что законы классической механики применимы к движению электрона вокруг ядра только тогда, когда оно ограничено квантовым правилом.
    • Однако, в отличие от Эйнштейна, Бор придерживался классической Максвелловской теории электромагнитного поля.
  • Простые машины

    • Их можно описать как простейшие механизмы, которые используют механическое преимущество (или рычаг) для умножения силы.
    • Обычно термин «простая машина» относится к одной из шести классических простых машин, определенных учеными эпохи Возрождения.
    • Например, велосипед — это механизм , состоящий из колес, рычагов и шкивов.
    • Отношение выходной силы к входной силе является механическим преимуществом машины.
    • Например, механическое преимущество рычага равно отношению плеч его рычага.
  • Значение квантовой механики

    • Квантовая механика также сильно повлияла на теорию струн.
    • Применение квантовой механики к химии известно как квантовая химия.
    • Релятивистская квантовая механика может, в принципе, математически описать большую часть химии.
    • Более отдаленной целью является разработка квантовых компьютеров, которые, как ожидается, будут выполнять определенные вычислительные задачи экспоненциально быстрее, чем классических компьютеров .
    • Объяснить важность квантовой механики для технологий и других отраслей науки
  • Атомная структура

    • До сих пор мы использовали классический и полу- классический подходы, чтобы понять, как излучение взаимодействует с веществом.
    • Обычно мы рассматриваем электроны (самая легкая заряженная частица, поэтому самый большой излучатель) классически и излучение либо классически , либо как поступающее в виде квантов (т. е. полу- классически ).
    • Мы также получили некоторые важные взаимосвязи между тем, как атомы испускают и поглощают излучение, но чтобы понять атомные процессы в деталях, нам придется рассматривать электроны квантово механически .
    • В квантовой механике мы характеризуем состояние частицы (или группы частиц) волновой функцией ($\Psi$).
    • Мы можем представить оператор $H$ как матрицу, умножающую вектор состояния $\psi$, так что это уравнение является уравнением на собственные значения с $E$ в качестве собственного значения и $\psi$ в качестве собственного вектора (или собственной функции) матрица (или оператор) $H$. Гамильтониан классически представляет собой сумму кинетической энергии и потенциальной энергии частиц.
  • Применение классического обусловливания к человеческому поведению

    • Исследования продемонстрировали эффективность классического обусловливания в изменении человеческого поведения.
    • После первых экспериментов Ивана Павлова во многих исследованиях изучалось применение классического обусловливания к человеческому поведению.
    • Уотсон провел противоречивый классический эксперимент по выработке условного рефлекса над младенцем по имени «Маленький Альберт».
    • В качестве адаптивного механизма обусловливание помогает защитить человека от вреда или подготовить его к важным биологическим событиям, таким как сексуальная активность.
    • Классическое кондиционирование используется не только в терапевтических вмешательствах, но и в повседневной жизни.
  • Философские выводы

    • С момента своего создания многие контринтуитивные аспекты квантовой механики вызвали острые философские дебаты.
    • Согласно этой интерпретации, вероятностный характер квантовой механики не является временной характеристикой, которая в конечном итоге будет заменена детерминистской теорией, а вместо этого должен рассматриваться как окончательный отказ от классической идеи причинности.
    • Это связано с квантовым механическим принципом коллапса волновой функции.
    • Один из самых странных аспектов квантовой механики известен как квантовая запутанность.
    • Сформулировать копенгагенскую интерпретацию вероятностной природы квантовой механики

Разделы физики и определения

Наука — это необычайно обширная область изучения, включающая множество направлений и различных предметов.Каждый из предмета научного потока имеет свое значение в мире в целом. Есть три основных предметных области науки, то есть Физика , Химия и Биология . Любая другая отрасль науки рождается из этих трех основных предметов. Когда дело доходит до Физика , это обширная область изучения сама по себе с множеством ответвлений для изучения. В этом блоге вы найдете подробное руководство по важным разделам физики, о которых вы должны знать.

Что такое физика?

YouTube: Aveea

Физика считается одним из примитивных предметов и академических дисциплин, которые предстоит открыть. Он охватывает изучение материи, ее движения и поведения вместе с энергией и силой . Как обширная дисциплина, она пересекается со многими различными предметами и дисциплинами, такими как биофизика и квантовая химия. Физика очень часто определяет широкий круг принципов и методологий, изучаемых другими областями наук.Он также предлагает новые области исследований для других академических областей, даже математики и философии .

Основные разделы физики

Физика состоит из множества междисциплинарных предметов и разделов для тех, кто хочет сделать карьеру в этой области. Вот все разделы Физики:

Разделы физики

Теперь давайте узнаем больше об этих различных специализациях физики:

Классическая физика

Источник: Facebook-Чудеса физики

Среди популярных разделов физики классическая физика. В первую очередь речь идет о различных законах движения и гравитации . Эти теории были разработаны сэром Исааком Ньютоном и Джеймсом Кларком. Это кинетическая теория Максвелла и теория термодинамики. Эта область физики связана с материей и энергией. Классическую физику можно просто назвать физикой, которая восходит к 1900 году и ранее. Все, что подпадает под дисциплину физики после той эпохи, то есть после 1900 года, считается современной физикой.В классической физике энергия и материя рассматриваются отдельно. По общему мнению, теории, признанные недействительными в современной физике, сразу же считаются частью классической физики.

Современная физика

Современная физика в основном сосредоточена вокруг двух теорий относительности и квантовой механики. Альберт Эйнштейн и Макс Планк — пионеры этой области физики. Они были первыми, кто предложил теорию относительности и квантовую механику.В отличие от классической области физики, отрасль современной физики не рассматривает энергию и материю как разные сущности. Здесь они называются только двумя разными формами друг друга.

Ядерная физика

Это раздел физики, изучающий состав, структуру, поведение и взаимодействие атомных ядер. Эта область физики отличается от атомной физики. Последний изучает атом, включая его электроны. В наше время ядерная физика стала очень широкой областью изучения и во много раз расширила свою сферу применения.Методологии и принципы этого предмета применяются к другим академическим и исследовательским областям. Он используется в энергетике, ядерном оружии, магнитном резонансе, визуализации, медицине, промышленных и сельскохозяйственных изотопах.

Атомная физика

Еще одной в списке разделов физики является Атомная физика. Он касается состава атома, кроме ядра. В первую очередь он связан с изучением и пониманием поведения электронов в оболочках вокруг ядра.Эта область физики имеет дело с электронами, ионами и нейтральными атомами. Одним из первых и главных достижений в области атомной физики было признание того, что вся материя состоит из атомов. Начало атомной физики связано с открытием спектральных линий. Это открытие уступило место совершенно новому пониманию строения атомов и их расположения.

Механическая физика

Это одна из областей физики, занимающаяся изучением движения материальных объектов и того, как на них влияют силы.Его также просто называют механикой. У него есть две основные ветви: классическая механика и квантовая механика. Классическая механика изучает закон движения физических объектов. Он также имеет дело с силами, вызывающими движение. С другой стороны, квантовая механика — это раздел физики, который в первую очередь занимается поведением мельчайших частиц, таких как электроны.

Механика

Механика — это раздел физики, изучающий движение и движение физических объектов под действием силы и в состоянии покоя.Он изучает взаимосвязь между различными понятиями, такими как сила, материя и движение. Силы, приложенные к объектам, приводят к смещениям или изменениям положения объекта относительно окружающей его среды. Он изучает закон движения, гравитацию , трение, смещение и согласования, такие как сила, энергия и мощность.

Акустика

Акустика — раздел физики, изучающий звук. Он изучает механические волны, проходящие через различные формы, такие как газы , жидкости и твердые тела .Он изучает вибрации и фокусируется на производстве, контроле, передаче, приеме и эффектах звука. Он изучает такие понятия, как вибрация, звук, ультразвук, инфразвук.

Оптика

Оптика — важная научная отрасль физики, изучающая свет и его свойства. Оптика фокусируется на изучении поведения, свойств света, его взаимодействия с материей и изменений в этом поведении и взаимодействии. Филиал изучает поведение видимого, ультрафиолетового и инфракрасного света.В этой области есть две ветви: физическая и геометрическая оптика. Физический связан с природой света и других атрибутов, в то время как геометрический фокусируется на взаимодействии света с линзами, зеркалами и другими устройствами.

Термодинамика

Термодинамика — это раздел физики, изучающий теплоту и другие формы энергии. Он фокусируется на переходе энергии из одной формы в другую. Он был введен в 19 веке, когда ученых работали над паровыми двигателями.В основе отрасли лежат три закона термодинамики.

Астрофизика

Астрофизика — важный раздел физики. Космическая наука — это часть астрономии, которая в первую очередь изучает небесные объекты и их состав, применяя законы и принципы физики для объяснения явления. Изучение астрономии и ее ответвлений можно отнести к греческим философам, таким как Аристотель, которые стремились изучать пространство и его компоненты, но именно Галилей и Ньютон изменили традицию астрономии и ее изучения.Изучение космологии и планетологии тесно связано с астрофизикой и часто упоминается как родственные науки.

Сфера карьеры

Разделы физики Карьера
Классическая физика и Современная физика Ученый
Физик-консультант
Ассистент технического специалиста
Ассистент рентгенолога
Лаборант
Супервайзер
Ассистент-исследователь
Профессор
Ядерная физика Профессор
Физик-ядерщик
Атомная физика Физик-атомщик
Физик-молекулярный
Геофизика Геофизик
Биофизика Биофизик
Механика Реолог
Акустика Консультант по акустике
Акустик
Инженер-акустик
Оптика Оптик и радиоастроном
Оптик астроном
Оптик физик
Оптик ученый
Термодинамика Специалист по термодинамике
Физик по термодинамике
Специалист по термодинамике
Специалист по разработке продуктов
Астрофизика Галактический астроном
Космологи
Галактический, планетный, солнечный и звездный астроном
Астрофизик высоких энергий
Планетарный астроном
Радиоастрономы

Разделы физики PPT

YouTube: Slideshare

Надеюсь, что этот блог всесторонне объяснил популярные разделы физики. Мы надеемся, что это соответствует и удовлетворяет ваши ожидания. Вы с нетерпением ждете поступления в первоклассный образовательный университет для изучения физики? Пусть эксперты Leverage Edu позаботятся о вашем академическом путешествии. Забронируйте бесплатную 30-минутную онлайн-консультацию с командой прямо сейчас и откройте для себя новые образовательные возможности.

Физика: Ньютоновская физика | Encyclopedia.com

Введение

Ньютоновская физика, также называемая ньютоновской или классической механикой, представляет собой описание механических явлений, связанных с силами, действующими на материю, с использованием законов движения и гравитации, сформулированных в конце семнадцатого века английским физиком Сэром Исаак Ньютон (1642–1727).Несколько идей, разработанных более поздними учеными, особенно понятие энергии (которое не имело научного определения до конца 1700-х годов), также являются частью физики, которую сейчас называют ньютоновской.

Ньютоновская физика может с высокой точностью объяснить структуру большей части видимой Вселенной. Хотя ученым с начала двадцатого века известно, что это менее точное описание физического мира, чем теория относительности и квантовая физика, поправки, необходимые для объектов крупнее атомов, движущихся значительно медленнее света, незначительны.Поскольку ньютоновская физика также математически проста, она остается стандартом для расчета движения почти всех объектов, от деталей машин, жидкостей и пуль до космических кораблей, планет и галактик.

Историческая справка и научные основы

Хотя Ньютон пересмотрел основные понятия механики и разработал свои законы движения и всемирного тяготения в конце 1600-х годов, он основывал свою работу на важных научных открытиях о материи и движении, которые уже были установлены.Без этих более ранних достижений он не смог бы вывести четыре закона, лежащие в основе ньютоновской физики: его три закона движения и его закон всемирного тяготения.

По крайней мере, с четвертого века до н.э. и до времен Ньютона европейская научная мысль основывалась в основном на теориях древнегреческих мыслителей, таких как Платон (ок. 428–348 до н.э.) и Аристотель (384–322 до н.э.). На самом деле влияние Аристотеля было настолько велико, что мировоззрение, которого придерживалось большинство европейских ученых до XVII века, называют аристотелевским.Это не исключало исследования событий с помощью эксперимента и математики, которые сейчас составляют основу научного метода, но и не особенно поощряло их. Это потому, что аристотелевцы видели вселенную и все в ней в первую очередь с точки зрения их значения, а не причины и следствия.

Аристотелианцы также унаследовали ошибочные представления о конкретных физических вопросах. Например, если объект находился в движении, они предполагали, что что-то должно поддерживать его в движении, будь то таинственное свойство объекта, называемое импульсом, окружающий воздух или что-то еще.На протяжении многих столетий такое мышление мешало попыткам разгадать физику движения.

Вопреки многим предубеждениям, Средневековье и Ренессанс произвели некоторые важные научные открытия. Работники физического труда, такие как столяры, строители, штурманы и судостроители, накапливали знания о практических методах и материалах. Ученые расширили знания в нескольких разделах математики, восстановив давно забытые или плохо скопированные работы греческих математиков Евклида (род.300 г. до н.э.) и Архимеда (287–212 гг.) и делать новые собственные открытия. В 1500-х годах, под влиянием существующих арабских работ, алгебра была разработана итальянскими математиками, такими как Никколо Фонтана Тарталья (1499–1557). Само слово «алгебра» происходит от арабского al-jabr, означает «воссоединение». Прежде чем Галилео Галилей (1564–1642), Ньютон и другие основоположники современной физической науки смогли добиться своего триумфа в шестнадцатом и семнадцатом веках, должно было появиться множество инструментов, физических и интеллектуальных.

Путь был частично подготовлен для нового образа мышления, который Ньютон и другие назвали «экспериментальной философией» или «механической философией» французским философом и математиком Рене Декартом (1596–1650). Декарт полагал, как и большинство более ранних мыслителей, что вселенную можно объяснить нисходящими рассуждениями из общих первых принципов, практически без необходимости в конкретных экспериментах; как известно, он считал, что все знания могут исходить из логического утверждения «я мыслю, следовательно, существую» ( Cogito ergo sum в оригинальной латыни).

Декарт ошибочно полагал, что ни атомы, ни вакуум не могут существовать. Тем не менее, он предвосхитил современный научный подход, ища всеобъемлющую, механическую, рациональную интерпретацию природы. В частности, он предположил, что движение планет может быть объяснено вихрем или водоворотом «тонкой материи» — материи, не воспринимаемой органами чувств, — перемещаемой по Солнечной системе вращением Солнца вокруг своей оси. Солнце, предположил он, подобно венчику, вращающемуся в центре большой чаши со сливками, заставляет тонкую материю вращаться вокруг себя; поскольку вращение естественным образом уменьшалось бы с расстоянием, это, согласно Декарту, объясняло, почему планеты, более удаленные от Солнца, движутся медленнее, чем те, которые ближе.

Вихревая теория движения планет Декарта была популярна в Европе в то время, когда Ньютон опубликовал свою собственную теорию солнечной системы в Philosophiae Natu-ralis Principia Mathematica (Математические принципы натуральной философии), обычно называемой просто Principia (1687 г.). Механика Ньютона объяснила как земное, так и планетарное движение, сигнализируя о крахе вихревой теории Декарта и всего его подхода к знаниям. Эксперимент в сочетании с математикой, а не нисходящие философские размышления, определял все серьезные попытки понять физический мир с того времени.

Не случайно движения планет касались и Декарта, и Ньютона. До появления ньютоновской физики наблюдательная астрономия была единственной наукой с математически точными знаниями или предсказательной силой. Химия состояла в основном из разрозненных кусочков практических знаний, накопленных методом проб и ошибок. Современные представления об элементах не начали развиваться до тех пор, пока эксперименты английского ученого Роберта Бойля (1627–1691) не опровергли теорию Платона о том, что вся материя состоит из четырех элементов — земли, воздуха, огня и воды — в 1660 году.

О существовании микроорганизмов не было известно до 1676 года, когда голландец Антони ван Левенгук (1632–1723) построил первый микроскоп. Медицина во времена Ньютона тоже была в зачаточном состоянии; тот факт, например, что сердце перекачивает кровь по телу, получил широкое признание только после 1616 года, когда эта теория была опубликована в трудах английского врача Уильяма Гарвея (1578–1657).

Социальная среда

1600-е годы были временем потрясений во всех аспектах европейского общества, включая религию, науку, политику, торговлю и искусство.Протестантская Реформация, начавшаяся в начале 1500-х годов, расколола многовековой религиозный консенсус Европы примерно по географическому признаку: протестантские страны на севере и римско-католические страны на юге. Реформация поставила под сомнение древние образы мышления и спровоцировала войны, которые десятилетиями терзали континент.

Коммерческая революция, длившаяся с начала 1500-х до примерно 1650-х годов, также помогла разрушить старые стереотипы мышления и побудила к новым открытиям в науке и технике. Требовались методы дальней океанской навигации, стимулирующие новые точные работы в астрономии и часовом деле.

Англия, родина Ньютона, переживала особенно жестокие потрясения. С 1642 по 1651 год в кровопролитной гражданской войне

пуритан (кальвинистских протестантов) противостояли англиканцам (членам английской государственной церкви). После того, как пуритане обезглавили короля Карла I (1600–1649) в 1649 году, Оливер Кромвель (1599–1658) стал сначала председателем Государственного совета, а затем лордом-протектором с 1653 года до своей смерти в 1658 году.Британская монархия была восстановлена ​​при Карле II в 1660 году.

Несколько лет спустя, во время вспышки чумы, юный Исаак Ньютон — пуританин, увлекавшийся не только наукой, но и алхимией, и библейской книгой Откровения — укрылся от мор в загородном доме его матери. Там в течение 18 месяцев (1665–1666) он задумал основные элементы новой физики: три закона движения, закон всемирного тяготения и исчисление. Он также проделал большую работу в области оптики, хотя и не произвел там такого революционного эффекта, как в механике.

Наука

Средневековая астрономия была основана на книге Клавдия Птолемея (ок. 90–168 гг. н. э.) Mathematike Syntaxisis (Математический сборник), более известной на Западе под сокращенной формой арабского названия, Альмагест. Согласно Птолемею, планеты были заключены в огромные кристаллические сферы с центром вокруг Земли и двигались по неизменным совершенным кругам. Их движение было передано сверхъестественными средствами из самой дальней из всех сфер, из сферы неподвижных звезд.Эта модель была оспорена Николаем Коперником (1473–1543) в 1500-х годах. В 1543 году он опубликовал De Revolutionibus orbium coelestium (Шесть книг об обращениях небесных сфер), в которых предположил, что Солнце, а не Земля, находится в центре Вселенной.

Пересмотр Вселенной Коперником вызвал волну новых астрономических работ. Тихо Браге (1546–1601) проводил наблюдения невооруженным глазом за движением солнца, луны и планет, которые были наиболее точными на тот момент. После смерти Браге его помощник Иоганн Кеплер (1571–1630), сторонник системы Коперника, попытался сопоставить точные новые данные наблюдений Браге с уравнениями, описывающими планетарные орбиты, начиная с планеты Марс. Сначала он принял циркуляр

В КОНТЕКСТЕ: ГАЛИЛЕО И ЦЕРКОВЬ

Галилео Галилей (1564–1642) был итальянским физиком, который усовершенствовал современный научный метод. Его работа по ускоренному движению стала важной основой для ньютоновской физики.К сожалению, защита Галилеем коперниканской (или гелиоцентрической) астрономии — представления о том, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, — противоречила устоявшейся религиозной доктрине. Католическая церковь, которая учила, что Земля неподвижна, в 1616 году объявила гелиоцентризм «ложным и полностью противоречащим Писанию».

В 1633 году престарелый Галилей предстал перед инквизицией и был признан виновным в ереси (проповедь неверной веры) и показал орудия пыток, которые применялись бы к нему, если бы он не отказался от своих показаний. Под давлением Галилей публично отказался от своей веры в гелиоцентризм и провел остаток своей жизни под домашним арестом. Слепой и разочарованный, он умер в 1642 году, в том же году, когда родился Исаак Ньютон. Из-за убеждения Галилея ученые в Южной Европе боялись говорить правду в течение десятилетий после этого, и большая часть научной революции после этого была проделана в Англии и Северной Европе.

В конце концов церковь признала свою ошибку, но только много лет спустя.В 1822 году церковь сняла запрет на книги, проповедующие точку зрения о том, что Земля вращается вокруг Солнца; в 1981 году Папа Иоанн Павел II (1920–2005) созвал новую комиссию для изучения дела Галилея. В 1992 году комиссия заявила, что дело было отмечено «трагическим взаимопониманием». Некоторым этого было недостаточно, в том числе бывшему директору Ватиканской обсерватории (с 1978 по 2006 год) священнику Джорджу Койну (с 1933 года), который хотел бы более полного признания ответственности за преследование Галилея и настоящих извинений.

орбиты Марса, как и все до него, но он не мог подогнать данные наблюдений. В конце концов он обнаружил, что лучше всего подходит не круг, а эллипс (кривая, подобная контуру яйца).

Кеплер первым описал движение планет с помощью математических законов. Он назвал три, два из которых включали время как переменную. Использование времени для математического описания мира было значительным достижением физики; европейская научная традиция, унаследованная от греков, была преимущественно статичной (неподвижной) и геометрической.Его внимание было направлено в первую очередь на форму кривых и редко использовалась математика для описания динамических (зависящих от времени) процессов.

Кеплер опубликовал два своих закона в 1609 г. и третий в 1619 г. Они были чисто описательными, т. е. не предлагали объяснения того, почему планеты ведут себя так, как указано, и не описывали, как какие-либо другие объекты (например, падающие яблоки) могут двигаться.

После Браге и Кеплера Галилей заложил фундамент ньютоновской физики. Он ошибочно отверг доказательство Кеплера о том, что планеты движутся по эллиптическим орбитам, но провел точные эксперименты в лаборатории, чтобы охарактеризовать движение ускоряющихся тел — объектов, меняющих направление или скорость своего движения.Как и Кеплер, он искал математические законы, описывающие, как физические системы изменяются с течением времени.

Галилей пришел к выводу, что расстояние, пройденное постоянно ускоряющимся объектом, пропорционально квадрату времени, в течение которого оно ускоряется. Он также обнаружил, что объекты неуклонно ускоряются под действием гравитации, которую он рассматривал как постоянную силу, не зависящую от расстояния (которое, примерно, находится вблизи поверхности Земли). Он обнаружил, что объекты ускоряются с одинаковой скоростью независимо от их веса, то есть более тяжелый мяч не падает быстрее, чем легкий мяч того же размера.Возможно, самое главное, он обнаружил, что объекты имеют тенденцию сохранять прямолинейное движение, если на них не действует сила. Это опровергло аристотелевскую точку зрения о том, что для поддержания состояния движения объекта необходима сила.

С физикой Галилея и астрономией Кеплера все было готово для триумфа Ньютона.

Физика Ньютона

Влияние Ньютона в основном связано с его основной работой, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, , опубликованной в 1687 году и наиболее известной по сокращенной форме латинского названия, Principia. Эта работа была создана частично по настоянию друга Ньютона, английского астронома Эдмонда Галлея (1656–1742), который также финансировал проект, помогая создать одну из самых важных работ в истории науки.

Из всех ученых, работавших в его время, только Ньютон понимал, что может существовать единая универсальная система механики, то есть физика, описывающая одновременно и земное, и небесное движение. В «Началах » Ньютон установил такую ​​физику своими тремя законами движения и своим законом тяготения.Разработка этих законов и объединение их со строгой идеей «энергии» в конце восемнадцатого века породила систему, ньютоновскую (или механическую) физику, которая до сих пор используется во всем, от инженерного проектирования до анализа галактического движения.

Три закона движения Ньютона таковы:

  1. Объект остается в покое или движется по прямой линии с постоянной скоростью, если на него не действует ненулевая суммарная сила.
  2. Сила, действующая на тело, заставляет его ускоряться (изменять состояние движения) до степени, пропорциональной массе тела.Сформулировав уравнение, записав 90 581 F 90 582 для силы, 90 581 m 90 582 для массы и 90 581 a 90 582 для ускорения, мы получим 90 581 F 90 582 = 90 581 мА. Другими словами,

    скорость и импульс объекта изменяются со временем пропорционально силе, действующей на него.

  3. Силы возникают парами и направлены в противоположные стороны.

    Этот закон чаще всего формулируется так: Каждому действию есть равное и противоположное противодействие. Например, когда ружье стреляет, сила, действующая на пулю, когда она ускоряется в стволе, равна отдаче ружья, действующей на руку или плечо стрелка.

Четвертый основной закон ньютоновской физики — закон всемирного тяготения: гравитационная постоянная (фиксированное число, G = 6,6742 × 10 -11 м 3 кг -1 с -2), м 1 – масса одного объекта, м 2 – масса другого объекта, и r — расстояние между центрами двух объектов. Большие массы означают большую гравитационную силу,

В КОНТЕКСТЕ : СЮРПРИЗ: НЬЮТОН БЫЛ ПРАВ!

Несмотря на то, что прошло три столетия с тех пор, как Исаак Ньютон опубликовал свою теорию гравитации в 1687 году, ученые все еще проверяют ее. Закон Ньютона гласит, что гравитационное притяжение между любыми двумя объектами уменьшается пропорционально квадрату расстояния между ними; удвоение расстояния означает одну четвертую силы. Этот тип отношений, называемый законом обратных квадратов, точен в масштабах бейсбольных мячей, планет или галактик, но, согласно квантовой физике, не должен работать, когда объекты находятся близко друг к другу.Массы, разделенные шириной всего в человеческий волос (56 миллионных долей метра или микрометров, мкм), согласно некоторым теориям, должны испытывать заметно меньшее гравитационное притяжение, чем предсказывает закон Ньютона.

В 2006 году группа физиков под руководством Д.Дж. Капнер проверил закон всемирного тяготения Ньютона, измерив гравитационное притяжение между парой маленьких вращающихся металлических дисков на расстоянии всего 56 мкм друг от друга. Они обнаружили, что закон Ньютона остается в силе даже на таком расстоянии.

Этот простой результат, полученный на экспериментальной установке, которая может поместиться в банке с газировкой, может иметь последствия для нашего понимания Вселенной в целом.В 1990-х годах астрономы обнаружили, что 70% всей энергии и массы во Вселенной состоит из загадочной «темной энергии» неизвестной до сих пор природы. Некоторые теории, пытающиеся объяснить темную энергию, такие как теория струн, делают предсказания о силе гравитации. По крайней мере, одна такая теория — теория жирного гравитона — была опровергнута недавним экспериментом с вращающимся диском. В ближайшие годы будут проведены еще более точные проверки закона Ньютона, чтобы еще больше ограничить попытки физиков объяснить природу Вселенной.

больше F ; больше расстояние между массами, больше р, значит меньше.

Ньютон показал, что эти четыре закона могут одновременно объяснить лабораторные результаты Галилея — поведение повседневных объектов вблизи поверхности Земли — и движения планет. Единый набор законов, достаточно компактный, чтобы записать его на карточке, мог бы описать движение всех звезд, планет и лун во Вселенной. Более того, для достижения этого поразительного результата Ньютону пришлось изобрести новую область математики, чтобы оперировать величинами, которые меняются со временем нестационарным образом.Он назвал это методом флюксий, но сегодня он известен как исчисление, основной математический язык всех физических наук.

Воздействие и проблемы

Большинство отраслей науки находились в беспорядочном состоянии, когда Ньютон опубликовал свой Principia в 1687 году. Ньютонизм Перо и яблоко падают с одинаковой скоростью в вакуумной камере. Этот эксперимент демонстрирует справедливость идей Исаака Ньютона (1642–1727) о гравитации и инерции. © Джим Шугар/Corbis. механика была первой научной дисциплиной, достигшей кажущегося совершенства: законы Ньютона прошли все экспериментальные проверки, объяснили приливы и другие сложные проблемы астрономии и победили картезианскую теорию вихрей.

Но это тоже было спорно. Критики, такие как немецкий ученый Готфрид Лейбниц (1646–1716), который изобрел исчисление независимо от Ньютона, критиковали ньютоновскую теорию тяготения как мистическую или бесполезную: как могла одна масса действовать на другую мгновенно через расстояние, не находясь в прямом или, по крайней мере, в косвенный контакт с ним? Новая теория ничего не объясняла.Эта проблема беспокоила и Ньютона, говоря, что он находит неправдоподобным то, что называется «действием на расстоянии». Тем не менее, он защищал свой метод, написав в 1715 году: «Его [Лейбница] аргументы против меня основаны на метафизических и ненадежных гипотезах и, следовательно, не затрагивают меня: ибо я вмешиваюсь только в экспериментальную философию». Ньютон утверждал, что не имеет значения, объяснил он гравитацию или нет: объяснение было бы желательным, но не могло быть получено до тех пор, пока не было бы доступно точное описание того, что делает гравитация.

Лейбниц также подверг критике предположения Ньютона об абсолютном пространстве, которое, как утверждал последний, если бы существовало, было бы везде плоским (т. е. подчинялось бы законам евклидовой геометрии) и бесконечным во всех направлениях. Философское возражение Лейбница подтвердилось более чем 200 лет спустя, когда немецкий физик Альберт Эйнштейн (1879–1955) показал, что от идеи абсолютного ньютоновского пространства следует отказаться и заменить его искривленным относительным пространством.

Несмотря на недостатки, ньютоновская физика произвела революцию в науке.Математически сформулированные теории, проверенные физическими наблюдениями, стали стандартом почти во всех областях научной мысли. Навсегда была изгнана средневековая опора на авторитетные книги и картезианская опора на разум, не проверенный наблюдениями.

Воздействие на общество

Principia, написанные на латыни и насыщенные математическими формулами, мало читались. Его интеллектуальное влияние на общество было опосредовано авторами, которые поддержали дело «экспериментальной философии» Ньютона и писали для широкой публики.Самым влиятельным из них был французский мыслитель Вольтер, урожденный Франсуа-Мари Аруэ (1694–1778), который точно объяснил науку Ньютона в нетехнических терминах в своей книге Elements de la philosophie de Newton (Элементы философии Ньютона, 1738 г. ).

Для Вольтера и ему подобных мыслителей триумф Ньютона в механике доказал, что наука в конце концов объяснит все, включая человеческие действия, в терминах жестких причинно-следственных (детерминистских) законов: «Это было бы очень странно, — писал Вольтер, — что вся природа, все планеты должны подчиняться вечным законам, и что должно быть маленькое животное, пяти футов ростом, которое, пренебрегая этими законами, могло бы действовать, как ему заблагорассудится, исключительно по своему капризу.

Вооруженные железным авторитетом новой науки, эти писатели начали нападать на традиционную религию. Их скептицизм способствовал упадку религиозной веры в индустриальных обществах, который неуклонно продолжается и по сей день, особенно в Европе. В Соединенных Штатах население в целом остается почти повсеместно религиозным, но, согласно опросам ученых, уровень религиозной веры у ученых ниже, причем физики — интеллектуальные наследники Ньютона — являются самой нерелигиозной группой (только около 20% физиков верили в Бога по состоянию на 1998 г. ) .Это иронично, учитывая, что сам Ньютон был набожным христианином.

Некоторые современники Ньютона, такие как ирландский философ епископ Беркли (1685–1753), критиковали новый материализм. Однако такие противники вели безнадежную битву, и в восемнадцатом веке интеллектуальный климат в Англии и Северной Европе стал преимущественно пронаучным и детерминистским.

Новая наука также изменила мир в экономических, военных и других вопросах. Эти изменения были внесены не только ньютоновской физикой: химия, медицина, математика, электромагнетизм и другие области науки также имели решающее значение.Другие формы науки восприняли галилеевские и ньютоновские методы математической проверки законов. Вместе новая наука выпустила поток новых технологий, которые привели к промышленной революции, начавшейся в конце 1700-х годов и продолжающейся до настоящего времени.

Современные культурные связи

Ньютоновская физика продолжает применяться во всех областях науки и техники, где необходимо учитывать силу, движение и гравитацию. Однако современные физики, в отличие от Ньютона, знают, что его законы работают не при всех обстоятельствах.Поведение объектов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, или взаимодействующих со скоростью субатомных частиц, не описывается точно ньютоновской физикой. Теория относительности и квантовая физика необходимы в таких неньютоновских сферах, и даже у этих теорий есть пределы.

Несмотря на появление более поздних, более полных теорий, ученые продолжают изучать ньютоновскую физику. Как

В КОНТЕКСТЕ : СОВЕРШЕННАЯ НЬЮТОНОВСКАЯ МАШИНА

Космический корабль является высшей ньютоновской машиной, потому что его движение основано на ракетах, которые являются наиболее простым возможным применением второго закона Ньютона, принципа, согласно которому любая сила, действующая на некоторый объект соединен с равной и противоположной силой, действующей на какой-либо другой объект.Газы, выходящие из ракеты, толкают камеру сгорания ракеты, а камера сгорания с равной и противоположной силой давит на газы. Газы улетают в одну сторону, камера (с присоединенной ракетой) в другую.

Космический корабль, покинувший атмосферу, управляется только силами, создаваемыми его ракетами (второй закон Ньютона), и силой гравитации, описываемой законом всемирного тяготения Ньютона. Таким образом, законы Ньютона объясняют почти все, что влияет на траекторию полета космического корабля.Во время путешествия Аполлона 8, в 1968 году, которое облетело Луну, ребенок на Земле вслух задался вопросом, кто управляет космическим кораблем. Когда вопрос был передан ему по радио, астронавт Билл Андерс ответил: «Я думаю, Исаак Ньютон сейчас большую часть времени за рулем».

Космические корабли и ракетная техника оказали глубокое влияние на современное общество. Космические зонды значительно расширили наши знания о планетах и ​​более далеких вселенных, спутники изменили средства связи, а баллистические ракеты, оснащенные неньютоновским изобретением, ядерной бомбой, сделали физически возможным уничтожить большую часть человечества в одно мгновение. несколько минут.

, описанный на врезке, ученые измерили силу гравитации на расстояниях, равных ширине человеческого волоса, чтобы проверить, выполняется ли закон Ньютона для объектов, расположенных так близко друг к другу. Их результаты, опубликованные в 2007 году, показали, что ньютоновская физика сохраняется даже на таких малых расстояниях. Это исключило некоторые из наиболее многообещающих теорий, выдвинутых для объяснения загадочного факта (открытого в конце 1990-х годов), что Вселенная не только расширяется, но и расширяется все быстрее.

В начале 1980-х годов исследования начали фокусироваться на возможности того, что ньютоновская физика может быть неверной даже в неквантовых, нерелятивистских областях — ситуациях, в которых она всегда считалась по существу идеальной. Новый тип физики, называемый модифицированной ньютоновской динамикой (МОНД), впервые предложенный израильским физиком Моти Милгромом в 1983 году, предполагает, что второй закон Ньютона следует модифицировать для малых ускорений. Поскольку небольшие ускорения в астрономических условиях обычны, MOND объясняет ряд наблюдений, которые другие теории описывают как результат неизвестной невидимой формы материи, называемой темной материей.МОНД противоречив; некоторые физики поддерживают это, но большинство убеждено, что эти наблюдения объясняются некой формой темной материи. В научном стиле, установленном Ньютоном и Галилеем, вопрос в конечном итоге будет решен путем сравнения предсказаний соперничающих теорий с фактическими наблюдениями.

См. также Астрономия и космология: механистическая Вселенная; Физика: аристотелевская физика; Физика: формулировка классического физического закона.

библиография

Книги

Белл, Артур. Ньютоновская наука. Лондон: Edward Arnold Publishers, Ltd., 1961.

Коэн, И. Бернар. Ньютоновская революция: с иллюстрациями трансформации научных идей. New York: Cambridge University Press, 1980.

Crombie, AC Medieval and Early Modern Science, Vol. II: Наука в позднем средневековье и раннем Новом времени: XIII–XVII вв. Нью-Йорк: Doubleday, 1959.

Лауэ, Макс фон. История физики. Перевод Ральфа Эспера. Нью-Йорк: Academic Press Inc., 1950.

Периодические издания

Болл, Филип. «Прыжок, который докажет, что Ньютон ошибался». Природа. 446 (2007): 357.

Игнатьев А.Ю. «Возможно ли нарушение второго закона Ньютона?» Письма о физическом обзоре 98 (2007): 101101.

Капнер, Д.Дж., и др. «Проверки гравитационного закона обратных квадратов ниже шкалы длины темной энергии». Physical Review Letters 98, нет.2 (2007).

Говори, Клайв. «Гравитация проходит небольшой тест». Природа 446 (1 марта 2007 г.): 31–32.

Ларри Гилман

Пол Дэвис

К. Ли Лернер

механика – Англо-русский словарь на WordReference.com


WordReference Random House Learner’s Dictionary of American English © 2022
me•chan•ics   /məˈkænɪks/USA pronunciation н.
  1. Механика раздел физики, изучающий действие сил на тела и движение: [неисчисляемое* употребляется с глаголом в единственном числе]Механика включает изучение кинетики.
  2. Механика [неисчисляемое* используется с глаголом в единственном числе] теоретическое и практическое применение этой науки к изготовлению или работе с машинами и механическими инструментами или инструментами.
  3. рутинные или основные методы, процедуры или приемы ведения дел: [множественное число* the + ~ + of; используется с глаголом во множественном числе] Практическая механика ведения домашнего хозяйства ему сложна.

WordReference Random House Unabridged Dictionary of American English © 2022
me•chan•ics (mə kan iks), произношение США n.
  1. Механика ( используется с синг. v. ) раздел физики, изучающий действие сил на тела и движение, состоящий из кинетики, статики и кинематики.
  2. Механика ( используется с зн. v. ) теоретическое и практическое применение этой науки к машинам, механическим устройствам и т. д.
  3. ( обычно употребляется с мн.ч. ) техническая часть или рабочая часть; механизм
    ;
    структура.
  4. ( обычно используется с мн.v. ) рутинные или основные методы, процедуры, приемы или детали: механика управления офисом; механика бейсбола.
  • см. механика, -ics 1640–50

Collins Concise English Dictionary © HarperCollins Publishers::

механика /mɪˈkænɪks/ сущ.
  1. (в единственном числе) отрасль науки, разделяемая на статику, динамику и кинематику, занимающаяся вопросами равновесия или движения тел в определенной системе отсчета
  2. (в единственном числе) наука о проектировании, конструировании и эксплуатации машин
  3. рабочие части машин
  4. технические аспекты чего-либо

механика ‘ также встречается в этих статьях (примечание: многие из них не являются синонимами или переводами):

.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.