Κλασική μηχανική. Αρχές της κλασικής μηχανικής Θεμελίωση της κλασικής μηχανικής

(4 Ιανουαρίου 1643, Woolsthorpe, κοντά στο Grantham, Lincolnshire, Αγγλία - 31 Μαρτίου 1727, Λονδίνο) - Άγγλος μαθηματικός, μηχανικός, αστρονόμος και φυσικός, δημιουργός της κλασικής μηχανικής, μέλος (1672) και πρόεδρος (από το 1703). Κοινωνία του Λονδίνου.

Ένας από τους ιδρυτές της σύγχρονης φυσικής, διατύπωσε τους βασικούς νόμους της μηχανικής και ήταν ο πραγματικός δημιουργός ενός ενοποιημένου φυσικού προγράμματος για την περιγραφή όλων των φυσικών φαινομένων με βάση τη μηχανική. ανακάλυψε το νόμο της παγκόσμιας έλξης, εξήγησε την κίνηση των πλανητών γύρω από τον Ήλιο και τη Σελήνη γύρω από τη Γη, καθώς και τις παλίρροιες στους ωκεανούς, έθεσαν τα θεμέλια της συνεχούς μηχανικής, της ακουστικής και της φυσικής οπτικής.

Παιδική ηλικία

Ο Ισαάκ Νεύτων γεννήθηκε σε ένα μικρό χωριό στην οικογένεια ενός μικρού αγρότη που πέθανε τρεις μήνες πριν από τη γέννηση του γιου του. Το μωρό ήταν πρόωρο. Υπάρχει ένας θρύλος ότι ήταν τόσο μικρός που τον έβαλαν σε ένα γάντι προβάτου ξαπλωμένο σε ένα παγκάκι, από το οποίο μια μέρα έπεσε και χτύπησε δυνατά το κεφάλι του στο πάτωμα.

Όταν το παιδί έγινε τριών ετών, η μητέρα του ξαναπαντρεύτηκε και έφυγε αφήνοντάς το στη φροντίδα της γιαγιάς του. Ο Νιούτον μεγάλωσε άρρωστος και μη κοινωνικός, επιρρεπής στην αφηρημάδα. Τον τράβηξαν η ποίηση και η ζωγραφική· μακριά από τους συνομηλίκους του, έφτιαξε χαρταετούς, εφηύρε έναν ανεμόμυλο, ένα ρολόι νερού και μια άμαξα με πετάλια.

Η αρχή της σχολικής ζωής ήταν δύσκολη για τον Νεύτωνα. Σπούδασε άσχημα, ήταν αδύναμο αγόρι και μια μέρα οι συμμαθητές του τον χτύπησαν μέχρι που έχασε τις αισθήσεις του. Το να αντέξει μια τέτοια ταπεινωτική κατάσταση ήταν αφόρητο για τον περήφανο Νεύτωνα, και έμενε μόνο ένα πράγμα να κάνει: να ξεχωρίσει για την ακαδημαϊκή του επιτυχία. Με σκληρή δουλειά κατέκτησε την πρώτη θέση στην κατηγορία του.

Το ενδιαφέρον για την τεχνολογία έκανε τον Νεύτωνα να σκεφτεί τα φυσικά φαινόμενα. Σπούδασε επίσης μαθηματικά σε βάθος. Ο Jean Baptiste Biot έγραψε αργότερα σχετικά: «Ένας από τους θείους του, βρίσκοντάς τον μια μέρα κάτω από έναν φράκτη με ένα βιβλίο στα χέρια του, βυθισμένος σε βαθιά σκέψη, του πήρε το βιβλίο και διαπίστωσε ότι ήταν απασχολημένος με την επίλυση ενός μαθηματικού προβλήματος. Κτυπημένος από μια τόσο σοβαρή και ενεργή κατεύθυνση ενός τόσο νεαρού άνδρα, έπεισε τη μητέρα του να μην αντισταθεί περαιτέρω στις επιθυμίες του γιου της και να τον στείλει να συνεχίσει τις σπουδές του». Μετά από σοβαρή προετοιμασία, ο Νεύτων εισήλθε στο Κέιμπριτζ το 1660 ως Subsizzfr`a (οι λεγόμενοι φτωχοί φοιτητές που ήταν υποχρεωμένοι να υπηρετούν τα μέλη του κολεγίου, κάτι που δεν μπορούσε παρά να επιβαρύνει τον Νεύτωνα).

Η αρχή της δημιουργικότητας. Οπτική

Σε έξι χρόνια, ο Νεύτων ολοκλήρωσε όλα τα πτυχία κολεγίου και προετοίμασε όλες τις περαιτέρω μεγάλες ανακαλύψεις του. Το 1665, ο Newton έγινε Master of Arts.

Την ίδια χρονιά, όταν η επιδημία πανώλης μαινόταν στην Αγγλία, αποφάσισε να εγκατασταθεί προσωρινά στο Woolsthorpe. Εκεί άρχισε να ασχολείται ενεργά με την οπτική. Η αναζήτηση τρόπων για την εξάλειψη της χρωματικής εκτροπής στα τηλεσκόπια φακών οδήγησε τον Νεύτωνα σε μελέτες αυτού που σήμερα ονομάζεται διασπορά, δηλ. την εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από τη συχνότητα. Πολλά από τα πειράματα που έκανε (και είναι περισσότερα από χίλια) έχουν γίνει κλασικά και επαναλαμβάνονται σήμερα σε σχολεία και ινστιτούτα.

Το μοτίβο όλης της έρευνας ήταν η επιθυμία να κατανοήσουμε τη φυσική φύση του φωτός. Αρχικά, ο Νεύτωνας είχε την τάση να πιστεύει ότι το φως ήταν κύματα στον παντοδύναμο αιθέρα, αλλά αργότερα εγκατέλειψε αυτή την ιδέα, αποφασίζοντας ότι η αντίσταση από τον αιθέρα θα έπρεπε να επιβραδύνει αισθητά την κίνηση των ουράνιων σωμάτων. Αυτά τα επιχειρήματα οδήγησαν τον Νεύτωνα στην ιδέα ότι το φως είναι ένα ρεύμα από ειδικά σωματίδια, σωματίδια, που εκπέμπονται από μια πηγή και κινούνται σε ευθεία γραμμή μέχρι να συναντήσουν εμπόδια. Το σωματικό μοντέλο εξήγησε όχι μόνο την ευθύτητα της διάδοσης του φωτός, αλλά και τον νόμο της ανάκλασης (ελαστική ανάκλαση) και - ωστόσο, όχι χωρίς μια πρόσθετη υπόθεση - τον νόμο της διάθλασης. Αυτή η υπόθεση ήταν ότι τα ελαφρά αιμοσφαίρια, που πλησιάζουν την επιφάνεια του νερού, για παράδειγμα, θα έπρεπε να έλκονται από αυτό και επομένως να παρουσιάζουν επιτάχυνση. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η ταχύτητα του φωτός στο νερό πρέπει να είναι μεγαλύτερη από ό,τι στον αέρα (πράγμα που έρχεται σε αντίθεση με μεταγενέστερα πειραματικά δεδομένα).

Νόμοι της μηχανικής

Ο σχηματισμός σωματικών ιδεών για το φως επηρεάστηκε σαφώς από το γεγονός ότι εκείνη την εποχή το έργο που προοριζόταν να γίνει το κύριο μεγάλο αποτέλεσμα του έργου του Νεύτωνα είχε ήδη ολοκληρωθεί σε μεγάλο βαθμό - η δημιουργία μιας ενοποιημένης φυσικής εικόνας του Κόσμου με βάση τους νόμους της μηχανικής που διατύπωσε ο ίδιος.

Αυτή η εικόνα βασίστηκε στην ιδέα των υλικών σημείων - φυσικά απειροελάχιστα σωματίδια ύλης και τους νόμους που διέπουν την κίνησή τους. Ήταν η σαφής διατύπωση αυτών των νόμων που έδωσε στη μηχανική του Νεύτωνα πληρότητα και πληρότητα. Ο πρώτος από αυτούς τους νόμους ήταν, στην πραγματικότητα, ο ορισμός των αδρανειακών συστημάτων αναφοράς: είναι σε τέτοια συστήματα που τα υλικά σημεία που δεν υφίστανται καμία επιρροή κινούνται ομοιόμορφα και ευθύγραμμα. Ο δεύτερος νόμος της μηχανικής παίζει κεντρικό ρόλο. Δηλώνει ότι η μεταβολή της ποσότητας, της κίνησης (το γινόμενο της μάζας και της ταχύτητας) ανά μονάδα χρόνου είναι ίση με τη δύναμη που ασκείται σε ένα υλικό σημείο. Η μάζα καθενός από αυτά τα σημεία είναι σταθερά. Γενικά, όλα αυτά τα σημεία «δεν φθείρονται», όπως το έθεσε ο Νεύτωνας, καθένα από αυτά είναι αιώνιο, δηλαδή, δεν μπορεί να προκύψει ούτε να καταστραφεί. Τα υλικά σημεία αλληλεπιδρούν και το ποσοτικό μέτρο της επίδρασης σε καθένα από αυτά είναι η δύναμη. Το πρόβλημα του να καταλάβουμε ποιες είναι αυτές οι δυνάμεις είναι το βασικό πρόβλημα της μηχανικής.

Τέλος, ο τρίτος νόμος - ο νόμος της «ισότητας δράσης και αντίδρασης» εξήγησε γιατί η συνολική ώθηση οποιουδήποτε σώματος που δεν βιώνει εξωτερικές επιρροές παραμένει αμετάβλητη, ανεξάρτητα από το πώς αλληλεπιδρούν τα συστατικά του μεταξύ τους.

Ο νόμος της βαρύτητας

Έχοντας θέσει το πρόβλημα της μελέτης διαφόρων δυνάμεων, ο ίδιος ο Νεύτωνας έδωσε το πρώτο λαμπρό παράδειγμα της επίλυσής του, διατυπώνοντας τον νόμο της παγκόσμιας έλξης: η δύναμη της βαρυτικής έλξης μεταξύ σωμάτων των οποίων οι διαστάσεις είναι σημαντικά μικρότερες από την απόσταση μεταξύ τους είναι ευθέως ανάλογη με τις μάζες τους , αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους και κατευθυνόμενη κατά μήκος της γραμμής σύνδεσης.άμεση τους. Ο νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας επέτρεψε στον Νεύτωνα να δώσει μια ποσοτική εξήγηση της κίνησης των πλανητών γύρω από τον Ήλιο και τη Σελήνη γύρω από τη Γη και να κατανοήσει τη φύση της παλίρροιας της θάλασσας. Αυτό δεν θα μπορούσε να μην κάνει τεράστια εντύπωση στο μυαλό των ερευνητών. Το πρόγραμμα για μια ενοποιημένη μηχανική περιγραφή όλων των φυσικών φαινομένων - τόσο «γήινων» και «ουρανίων» - καθιερώθηκε στη φυσική για πολλά χρόνια. Επιπλέον, για πολλούς φυσικούς κατά τη διάρκεια δύο αιώνων, το ίδιο το ζήτημα των ορίων εφαρμογής των νόμων του Νεύτωνα φαινόταν αδικαιολόγητο.

Το 1668, ο Νεύτων επέστρεψε στο Κέιμπριτζ και σύντομα έλαβε τη Λουκάσια Έδρα των Μαθηματικών. Αυτή την καρέκλα κατείχε παλαιότερα ο δάσκαλός του I. Barrow, ο οποίος παραχώρησε την καρέκλα στον αγαπημένο του μαθητή για να τον παρέχει οικονομικά. Εκείνη την εποχή, ο Νεύτωνας ήταν ήδη ο συγγραφέας του διωνύμου και ο δημιουργός (ταυτόχρονα με τον Leibniz, αλλά ανεξάρτητα από αυτόν) της μεθόδου των ροών - αυτό που σήμερα ονομάζεται διαφορικός και ολοκληρωτικός λογισμός. Γενικά, ήταν μια πιο γόνιμη περίοδος στο έργο του Νεύτωνα: σε επτά χρόνια, από το 1660 έως το 1667, διαμορφώθηκαν οι κύριες ιδέες του, συμπεριλαμβανομένης της ιδέας του νόμου της παγκόσμιας έλξης. Χωρίς να περιορίζεται μόνο στη θεωρητική έρευνα, τα ίδια χρόνια σχεδίασε και άρχισε να δημιουργεί ένα ανακλαστικό τηλεσκόπιο (ανακλαστικό). Αυτή η εργασία οδήγησε στην ανακάλυψη αυτού που αργότερα ονομάστηκε παρεμβολή «γραμμές ίσου πάχους». (Ο Νεύτωνας, συνειδητοποιώντας ότι η «σβέση του φωτός από το φως» εκδηλώθηκε εδώ, η οποία δεν ταίριαζε στο σωματικό μοντέλο, προσπάθησε να ξεπεράσει τις δυσκολίες που προέκυψαν εδώ εισάγοντας την υπόθεση ότι τα σωματίδια στο φως κινούνται σε κύματα - «παλλίρροιες») . Το δεύτερο από τα τηλεσκόπια που κατασκευάστηκαν (βελτιώθηκαν) χρησίμευσε ως αφορμή για την εισαγωγή του Νεύτωνα ως μέλους της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου. Όταν ο Νεύτων αρνήθηκε να γίνει μέλος, επικαλούμενος έλλειψη κεφαλαίων για να πληρώσει συνδρομές μέλους, θεωρήθηκε πιθανό, δεδομένων των επιστημονικών του αρετών, να γίνει μια εξαίρεση γι' αυτόν, απαλλάσσοντάς τον από την καταβολή τους.

Όντας από τη φύση του πολύ επιφυλακτικός (για να μην πω συνεσταλμένος) άνθρωπος, ο Νεύτων, παρά τη θέλησή του, μερικές φορές βρισκόταν σε οδυνηρές συζητήσεις και συγκρούσεις. Έτσι, η θεωρία του για το φως και τα χρώματα, που σκιαγραφήθηκε το 1675, προκάλεσε τέτοιες επιθέσεις που ο Νεύτων αποφάσισε να μην δημοσιεύσει τίποτα για την οπτική όσο ήταν ζωντανός Αγκιστρο, τον πιο πικρό αντίπαλο του. Ο Νεύτωνας έπρεπε επίσης να συμμετέχει σε πολιτικά γεγονότα. Από το 1688 έως το 1694 ήταν βουλευτής. Μέχρι εκείνη την εποχή, το 1687, δημοσιεύτηκε το κύριο έργο του "Mathematical Principles of Natural Philosophy" - η βάση της μηχανικής όλων των φυσικών φαινομένων, από την κίνηση των ουράνιων σωμάτων έως τη διάδοση του ήχου. Για αρκετούς αιώνες ακόμη, αυτό το πρόγραμμα καθόρισε την ανάπτυξη της φυσικής και η σημασία του δεν έχει εξαντληθεί μέχρι σήμερα.

Νόσος του Νεύτωνα

Το συνεχές τεράστιο νευρικό και ψυχικό στρες οδήγησε στο γεγονός ότι το 1692 ο Νεύτων αρρώστησε με ψυχική διαταραχή. Η άμεση ώθηση για αυτό ήταν μια φωτιά στην οποία χάθηκαν όλα τα χειρόγραφα που ετοίμασε. Μόνο το 1694 το έκανε, σύμφωνα με μαρτυρίες Huygens, «...αρχίζει ήδη να κατανοεί το βιβλίο του «Αρχές».

Το συνεχές καταπιεστικό αίσθημα της υλικής ανασφάλειας ήταν αναμφίβολα ένας από τους λόγους για την ασθένεια του Νεύτωνα. Ως εκ τούτου, η θέση του Επιτηρητή του Νομισματοκοπείου, ενώ διατηρούσε τη θέση του καθηγητή στο Κέιμπριτζ, ήταν σημαντική για αυτόν. Ξεκινώντας με ζήλο στη δουλειά και σημειώνοντας γρήγορα αξιοσημείωτη επιτυχία, διορίστηκε διευθυντής το 1699. Ήταν αδύνατο να συνδυαστεί αυτό με τη διδασκαλία και ο Νεύτων μετακόμισε στο Λονδίνο. Στα τέλη του 1703 εξελέγη πρόεδρος της Βασιλικής Εταιρείας. Μέχρι εκείνη τη στιγμή, ο Νεύτων είχε φτάσει στο απόγειο της φήμης. Το 1705, αναδείχθηκε ιππότης, αλλά, έχοντας ένα μεγάλο διαμέρισμα, έξι υπηρέτες και μια πλούσια οικογένεια, παραμένει μόνος. Ο καιρός της ενεργούς δημιουργικότητας έχει τελειώσει και ο Νεύτων περιορίζεται στην προετοιμασία της έκδοσης των «Οπτικών», της ανατύπωσης των «Αρχών» και της ερμηνείας των Αγίων Γραφών (του ανήκει η ερμηνεία της Αποκάλυψης, ένα δοκίμιο για τον προφήτη Δανιήλ) .

Ο Νεύτωνας θάφτηκε στο Αβαείο του Γουέστμινστερ. Η επιγραφή στον τάφο του τελειώνει με τις λέξεις: «Ας χαίρονται οι θνητοί που ένα τέτοιο στολίδι του ανθρώπινου γένους έζησε ανάμεσά τους».

Στο γύρισμα του XIX-XX αιώνα. εντοπίστηκαν τα όρια εφαρμογής της κλασικής μηχανικής (βλ. ενότητα «Περιορισμοί εφαρμογής της κλασικής μηχανικής» στο τέλος του άρθρου). Αποδείχθηκε ότι δίνει εξαιρετικά ακριβή αποτελέσματα, αλλά μόνο σε εκείνες τις περιπτώσεις που εφαρμόζεται σε σώματα των οποίων οι ταχύτητες είναι πολύ μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός και των οποίων τα μεγέθη υπερβαίνουν σημαντικά τα μεγέθη ατόμων και μορίων και σε αποστάσεις ή συνθήκες όπου η Η ταχύτητα διάδοσης της βαρύτητας μπορεί να θεωρηθεί άπειρη (μια γενίκευση της κλασικής μηχανικής σε σώματα που κινούνται με αυθαίρετη ταχύτητα είναι σχετικιστική μηχανική και σε σώματα των οποίων οι διαστάσεις είναι συγκρίσιμες με τις ατομικές - κβαντική μηχανική· τα κβαντικά σχετικιστικά φαινόμενα θεωρούνται από την κβαντική θεωρία πεδίου) .

Ωστόσο, η κλασική μηχανική διατηρεί τη σημασία της επειδή:

1. Πολύ πιο εύκολο στην κατανόηση και χρήση από άλλες θεωρίες.
2. Σε ένα ευρύ φάσμα, περιγράφει αρκετά καλά την πραγματικότητα.

Η κλασική μηχανική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει την κίνηση μιας πολύ ευρείας κατηγορίας φυσικών αντικειμένων: καθημερινά μακροσκοπικά αντικείμενα (όπως μια κορυφή και ένα μπέιζμπολ), αστρονομικά αντικείμενα (όπως πλανήτες και αστέρια) και πολλά μικροσκοπικά αντικείμενα.

Εγκυκλοπαιδικό YouTube

1 / 5

✪ Διάλεξη 1. | 8.01 Φυσική Ι: Κλασική Μηχανική, Φθινόπωρο 1999

✪ Κβαντική μηχανική 1 - Η αποτυχία της κλασικής φυσικής

✪ Φυσική - Πρώτος και δεύτερος νόμος του Νεύτωνα

✪ Μηχανική - Βασικές έννοιες της μηχανικής

✪ Μηχανική. οι νόμοι του Νεύτωνα. Εξουσίες

Υπότιτλοι

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

Η κλασική μηχανική λειτουργεί σε διάφορες βασικές έννοιες και μοντέλα. Μεταξύ αυτών είναι:

• Χώρος . Πιστεύεται ότι η κίνηση των σωμάτων συμβαίνει σε ένα χώρο που είναι Ευκλείδειος, απόλυτος (ανεξάρτητος από τον παρατηρητή), ομοιογενής (οποιαδήποτε δύο σημεία στο χώρο δεν διακρίνονται) και ισότροπος (οποιεσδήποτε δύο κατευθύνσεις στο χώρο δεν διακρίνονται).
• Ο χρόνος είναι μια θεμελιώδης έννοια που υποτίθεται στην κλασική μηχανική. Πιστεύεται ότι ο χρόνος είναι απόλυτος, ομοιογενής και ισότροπος (οι εξισώσεις της κλασικής μηχανικής δεν εξαρτώνται από την κατεύθυνση της ροής του χρόνου).
• Το σύστημα αναφοράς αποτελείται από ένα σώμα αναφοράς (ένα ορισμένο σώμα, πραγματικό ή φανταστικό, σε σχέση με το οποίο εξετάζεται η κίνηση ενός μηχανικού συστήματος), μια συσκευή μέτρησης του χρόνου και ένα σύστημα συντεταγμένων.
• Η μάζα είναι ένα μέτρο της αδράνειας των σωμάτων.
• Ένα υλικό σημείο είναι ένα μοντέλο ενός αντικειμένου που έχει μάζα, οι διαστάσεις του οποίου αγνοούνται στο πρόβλημα που επιλύεται. Σώματα μη μηδενικού μεγέθους μπορούν να βιώσουν πολύπλοκες κινήσεις επειδή η εσωτερική τους διαμόρφωση μπορεί να αλλάξει (για παράδειγμα, το σώμα μπορεί να περιστρέφεται ή να παραμορφώνεται). Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, τα αποτελέσματα που λαμβάνονται για υλικά σημεία ισχύουν για τέτοια σώματα, εάν θεωρήσουμε τέτοια σώματα ως συσσωματώματα μεγάλου αριθμού υλικών σημείων που αλληλεπιδρούν. Τα υλικά σημεία στην κινηματική και τη δυναμική περιγράφονται συνήθως από τις ακόλουθες ποσότητες:
  • Διάνυσμα ακτίνας r → (\displaystyle (\vec (r)))- ένα διάνυσμα που προέρχεται από την αρχή των συντεταγμένων σε εκείνο το σημείο του χώρου που χρησιμεύει ως η τρέχουσα θέση του υλικού σημείου
  • Η ταχύτητα είναι ένα διάνυσμα που χαρακτηρίζει τη μεταβολή της θέσης ενός υλικού σημείου με το χρόνο και ορίζεται ως η παράγωγος του διανύσματος ακτίνας ως προς το χρόνο: v → = d r → d t (\displaystyle (\vec (v))=(\frac (d(\vec (r)))(dt)))
  • Η επιτάχυνση είναι ένα διάνυσμα που χαρακτηρίζει τη μεταβολή της ταχύτητας ενός υλικού σημείου με το χρόνο και ορίζεται ως η παράγωγος της ταχύτητας ως προς το χρόνο: a → = d v → d t = d 2 r → d t 2 (\displaystyle (\vec (a))=(\frac (d(\vec (v)))(dt))=(\frac (d^(2 )(\vec (r)))(dt^(2))))
  • Η μάζα είναι ένα μέτρο της αδράνειας ενός υλικού σημείου. υποτίθεται ότι είναι σταθερό στο χρόνο και ανεξάρτητο από τυχόν χαρακτηριστικά της κίνησης ενός υλικού σημείου και της αλληλεπίδρασής του με άλλα σώματα.
  • Ορμή (άλλο όνομα ορμή) είναι ένα διανυσματικό φυσικό μέγεθος ίσο με το γινόμενο της μάζας ενός υλικού σημείου και της ταχύτητάς του: p → = m v → . (\displaystyle (\vec (p))=m(\vec (v)).)
  • Η κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια κίνησης ενός υλικού σημείου, που ορίζεται ως το ήμισυ του γινόμενου της μάζας του σώματος και του τετραγώνου της ταχύτητάς του: T = m v 2 2 . (\displaystyle T=(\frac (mv^(2))(2)).)ή T = p 2 2 m. (\displaystyle T=(\frac (p^(2))(2m)).)
  • Η δύναμη είναι ένα διανυσματικό φυσικό μέγεθος, το οποίο είναι ένα μέτρο της έντασης της επίδρασης άλλων σωμάτων σε ένα δεδομένο σώμα, καθώς και των φυσικών πεδίων. Είναι συνάρτηση των συντεταγμένων και της ταχύτητας ενός υλικού σημείου, που καθορίζει την παράγωγο της ορμής του ως προς το χρόνο.
  • Εάν το έργο μιας δύναμης δεν εξαρτάται από τον τύπο της τροχιάς κατά μήκος της οποίας κινήθηκε το σώμα, αλλά καθορίζεται μόνο από τις αρχικές και τελικές του θέσεις, τότε μια τέτοια δύναμη ονομάζεται δυναμικό. Μια αλληλεπίδραση που συμβαίνει μέσω δυνητικών δυνάμεων μπορεί να περιγραφεί από τη δυναμική ενέργεια. Εξ ορισμού, η δυναμική ενέργεια είναι συνάρτηση των συντεταγμένων του σώματος U (r →) (\displaystyle U((\vec (r))))έτσι ώστε η δύναμη που ασκεί το σώμα να είναι ίση με την κλίση από αυτή τη συνάρτηση, λαμβανόμενη με το αντίθετο πρόσημο: F → = − ∇ U (r →) . (\displaystyle (\vec (F))=-\nabla U((\vec (r))).)

Βασικοί νόμοι

Η αρχή της σχετικότητας του Γαλιλαίου

Η κύρια αρχή στην οποία βασίζεται η κλασική μηχανική είναι η αρχή της σχετικότητας, που διατυπώθηκε από τον G. Galileo με βάση εμπειρικές παρατηρήσεις. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, υπάρχουν άπειρα πολλά συστήματα αναφοράς στα οποία ένα ελεύθερο σώμα βρίσκεται σε ηρεμία ή κινείται με σταθερή ταχύτητα σε μέγεθος και κατεύθυνση. Αυτά τα συστήματα αναφοράς ονομάζονται αδρανειακά και κινούνται μεταξύ τους ομοιόμορφα και ευθύγραμμα. Σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς, οι ιδιότητες του χώρου και του χρόνου είναι ίδιες και όλες οι διεργασίες στα μηχανικά συστήματα υπακούουν στους ίδιους νόμους. Αυτή η αρχή μπορεί επίσης να διατυπωθεί ως η απουσία απόλυτων συστημάτων αναφοράς, δηλαδή συστημάτων αναφοράς που διακρίνονται με οποιονδήποτε τρόπο σε σχέση με άλλα.

οι νόμοι του Νεύτωνα

Η βάση της κλασικής μηχανικής είναι οι τρεις νόμοι του Νεύτωνα (κατά τη διατύπωση αυτών των νόμων, ο Νεύτων χρησιμοποίησε τον όρο «σώμα», αν και στην πραγματικότητα μιλούν για υλικά σημεία).

Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα δεν είναι αρκετός για να περιγράψει την κίνηση ενός σωματιδίου. Επιπλέον, απαιτείται περιγραφή της δύναμης F → (\displaystyle (\vec (F))), που προκύπτει από την εξέταση της ουσίας της φυσικής αλληλεπίδρασης στην οποία συμμετέχει το σώμα.

Νόμος διατήρησης ενέργειας

Ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας είναι συνέπεια των νόμων του Νεύτωνα για κλειστά συντηρητικά συστήματα (δηλαδή συστήματα στα οποία δρουν μόνο συντηρητικές δυνάμεις). Η θεμελιώδης βάση αυτού του νόμου είναι η ιδιοκτησία ομοιογένεια του χρόνου, και η σχέση μεταξύ του νόμου της διατήρησης της ενέργειας και αυτής της ιδιότητας εκφράζεται και πάλι από το θεώρημα του Noether.

Επέκταση σε εκτεταμένα σώματα

Η κλασική μηχανική περιλαμβάνει επίσης μια περιγραφή των σύνθετων κινήσεων εκτεταμένων μη σημειακών αντικειμένων. Η επέκταση των νόμων της Νευτώνειας μηχανικής σε τέτοια αντικείμενα οφειλόταν κυρίως στον Euler. Η σύγχρονη διατύπωση των νόμων του Euler χρησιμοποιεί επίσης τη συσκευή των τρισδιάστατων διανυσμάτων.

Οι παραπάνω εκφράσεις για την ορμή και την κινητική ενέργεια ισχύουν μόνο εάν δεν υπάρχει σημαντική ηλεκτρομαγνητική συμβολή. Στον ηλεκτρομαγνητισμό, ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα για ένα σύρμα μεταφοράς ρεύματος παραβιάζεται εάν δεν ληφθεί υπόψη η συμβολή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στην ορμή του συστήματος. μια τέτοια συνεισφορά εκφράζεται μέσω του διανύσματος Poynting διαιρούμενο με ντο 2 όπου ντοείναι η ταχύτητα του φωτός στον ελεύθερο χώρο.

Ιστορία

Αρχαιότητα

Η κλασική μηχανική ξεκίνησε στην αρχαιότητα κυρίως σε σχέση με προβλήματα που προέκυψαν κατά την κατασκευή. Ο πρώτος κλάδος της μηχανικής που αναπτύχθηκε ήταν η στατική, τα θεμέλια της οποίας τέθηκαν στα έργα του Αρχιμήδη τον 3ο αιώνα π.Χ. μι. Διατύπωσε τον κανόνα του μοχλού, το θεώρημα για την προσθήκη παράλληλων δυνάμεων, εισήγαγε την έννοια του κέντρου βάρους και έθεσε τα θεμέλια της υδροστατικής (δύναμη του Αρχιμήδη).

Μεσαίωνας

Νέα ώρα

17ος αιώνας

Η τοποθέτηση των θεμελίων της κλασικής μηχανικής τελείωσε με το έργο του Ισαάκ Νεύτωνα, ο οποίος διατύπωσε τους νόμους της μηχανικής με τη γενικότερη μορφή και ανακάλυψε το νόμο της παγκόσμιας έλξης. Το 1684, καθιέρωσε το νόμο της ιξώδους τριβής σε υγρά και αέρια.

Επίσης τον 17ο αιώνα, το 1660, διατυπώθηκε ο νόμος της ελαστικής παραμόρφωσης, ο οποίος έφερε το όνομα του ανακάλυψε του Robert Hooke.

XVIII αιώνα

19ος αιώνας

Η κλασική μηχανική είναι μια αυτοσυνεπής θεωρία, δηλαδή, στο πλαίσιό της δεν υπάρχουν δηλώσεις που να έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους. Γενικά, είναι συμβατό με άλλες «κλασικές» θεωρίες (όπως η κλασική ηλεκτροδυναμική και η κλασική θερμοδυναμική), αλλά στα τέλη του 19ου αιώνα εμφανίστηκαν κάποιες ασυνέπειες μεταξύ αυτών των θεωριών. η υπέρβαση αυτών των ασυνεπειών σηματοδότησε την εμφάνιση της σύγχρονης φυσικής. Συγκεκριμένα:

• Οι εξισώσεις της κλασικής ηλεκτροδυναμικής είναι αμετάβλητες σε σχέση με τους μετασχηματισμούς του Γαλιλαίου: αφού αυτές οι εξισώσεις περιλαμβάνουν (ως φυσική σταθερά, σταθερή για όλους τους παρατηρητές) την ταχύτητα του φωτός, τότε η κλασική ηλεκτροδυναμική και η κλασική μηχανική αποδεικνύονται συμβατές μόνο σε έναν επιλεγμένο σύστημα αναφοράς - που σχετίζεται με τον αιθέρα. Όμως οι πειραματικές δοκιμές δεν αποκάλυψαν την ύπαρξη του αιθέρα και αυτό οδήγησε στη δημιουργία της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας (μέσα στην οποία τροποποιήθηκαν οι εξισώσεις της μηχανικής).
• Ορισμένες δηλώσεις της κλασικής θερμοδυναμικής είναι επίσης ασυμβίβαστες με την κλασική μηχανική: η εφαρμογή τους μαζί με τους νόμους της κλασικής μηχανικής οδηγεί στο παράδοξο Gibbs (σύμφωνα με το οποίο είναι αδύνατο να προσδιοριστεί με ακρίβεια η τιμή της εντροπίας) και στην υπεριώδη καταστροφή (το τελευταίο σημαίνει ότι

«Σκεφτείτε τα οφέλη που μας φέρνουν τα καλά παραδείγματα και θα διαπιστώσετε ότι η μνήμη των μεγάλων ανθρώπων δεν είναι λιγότερο χρήσιμη από την παρουσία τους».

Η μηχανική είναι από τις πιο πολλές αρχαίος Sci. Προέκυψε και αναπτύχθηκε υπό την επιρροή αιτήματα δημόσιας πρακτικής, και επίσης χάρη σε αφηρημένη δραστηριότητα της ανθρώπινης σκέψης. Ακόμη και στους προϊστορικούς χρόνους, οι άνθρωποι δημιουργούσαν κτίρια και παρατηρούσαν την κίνηση διαφόρων σωμάτων. Πολλά νόμοι της μηχανικής κίνησης και της ισορροπίας των υλικών σωμάτωνπου έμαθε η ανθρωπότητα μέσα από επαναλαμβανόμενες επαναλήψεις, καθαρά πειραματικά. Αυτό κοινωνικο-ιστορική εμπειρία,πέρασε από γενιά σε γενιά και ήταν αυτός το πηγαίο υλικό για την ανάλυση του οποίου αναπτύχθηκε η μηχανική ως επιστήμη. Η εμφάνιση και η ανάπτυξη της μηχανικήςείχε στενή σχέση με παραγωγή, Με ανάγκεςανθρώπινη κοινωνία. «Σε ένα ορισμένο στάδιο της ανάπτυξης της γεωργίας», γράφει ο Ένγκελς, «και σε ορισμένες χώρες (η άντληση νερού για άρδευση στην Αίγυπτο), και ειδικά με την εμφάνιση πόλεων, μεγάλων κτιρίων και την ανάπτυξη της βιοτεχνίας, Μηχανική. Σύντομα καθίσταται επίσης απαραίτητο για τη ναυτιλία και τις στρατιωτικές υποθέσεις».

Πρώταανήκουν χειρόγραφα και επιστημονικές εκθέσεις στον τομέα της μηχανικής που έχουν διασωθεί μέχρι σήμερα αρχαίοι επιστήμονες της Αιγύπτου και της Ελλάδας. Οι αρχαιότεροι πάπυροι και τα βιβλία, στα οποία έχουν διατηρηθεί μελέτες για μερικά από τα απλούστερα προβλήματα της μηχανικής, σχετίζονται κυρίως με διάφορα προβλήματα στατική, δηλ. το δόγμα της ισορροπίας. Πρώτα από όλα, εδώ πρέπει να ονομάσουμε τα έργα του εξέχοντος φιλοσόφου της αρχαίας Ελλάδας (384-322 π.Χ.), ο οποίος εισήγαγε το όνομα στην επιστημονική ορολογία Μηχανικήγια μια ευρεία περιοχή της ανθρώπινης γνώσης στην οποία μελετώνται οι απλούστερες κινήσεις υλικών σωμάτων που παρατηρούνται στη φύση και δημιουργούνται από τον άνθρωπο κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων του.

Αριστοτέληςγεννήθηκε στην ελληνική αποικία των Σταγείρων της Θράκης. Ο πατέρας του ήταν γιατρός του Μακεδόνα βασιλιά. Το 367, ο Αριστοτέλης εγκαταστάθηκε στην Αθήνα, όπου έλαβε φιλοσοφική μόρφωση στην Ακαδημία του διάσημου ιδεαλιστή φιλοσόφου στην Ελλάδα. Πλάτων. Το 343 ανέλαβε ο Αριστοτέλης δάσκαλος του Μεγάλου Αλεξάνδρου(Ο Μέγας Αλέξανδρος είπε: «Τιμώ τον Αριστοτέλη ισότιμα ​​με τον πατέρα μου, αφού αν οφείλω τη ζωή μου στον πατέρα μου, τότε οφείλω στον Αριστοτέλη ό,τι του δίνει αξία.»), μετέπειτα διάσημος διοικητής του αρχαίου κόσμου. Τη δική της φιλοσοφική σχολή, που ονομάζεται σχολή Περιπατητικοί, ο Αριστοτέλης που ιδρύθηκε το 335 στην Αθήνα. Μερικές από τις φιλοσοφικές θέσεις του Αριστοτέλη δεν έχουν χάσει τη σημασία τους μέχρι σήμερα. Ο Φ. Ένγκελς έγραψε· «Οι αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι γεννήθηκαν όλοι αυθόρμητοι διαλεκτικοί και ο Αριστοτέλης, ο πιο παγκόσμιος επικεφαλής ανάμεσά τους, είχε ήδη εξερευνήσει όλες τις βασικές μορφές της διαλεκτικής σκέψης». Αλλά στον τομέα της μηχανικής, αυτοί οι ευρύτεροι παγκόσμιοι νόμοι της ανθρώπινης σκέψης δεν αντικατοπτρίστηκαν γόνιμα στα έργα του Αριστοτέλη.

Ο Αρχιμήδης κατέχει μεγάλο αριθμό τεχνικές εφευρέσεις, συμπεριλαμβανομένου του απλούστερου μηχάνημα ανύψωσης νερού (αρχιμήδειος κοχλίας),που βρήκε εφαρμογή στην Αίγυπτο για την αποξήρανση πολιτιστικών εκτάσεων πλημμυρισμένων με νερό. Έδειξε τον εαυτό του και πώς στρατιωτικός μηχανικόςενώ υπερασπιζόταν την πατρίδα του τις Συρακούσες (Σικελία). Ο Αρχιμήδης κατάλαβε τη δύναμη και τη μεγάλη σημασία για την ανθρωπότητα της ακριβούς και συστηματικής επιστημονικής έρευνας και του αποδίδονται τα περήφανα λόγια: « Δώσε μου ένα μέρος να σταθώ και θα μετακινήσω τη Γη».

Ο Αρχιμήδης πέθανε από το σπαθί ενός Ρωμαίου στρατιώτη κατά τη σφαγή που έκαναν οι Ρωμαίοι κατά την κατάληψη των Συρακουσών. Ο μύθος λέει ότι ο Αρχιμήδης, βυθισμένος στην εξέταση γεωμετρικών μορφών, είπε σε έναν στρατιώτη που τον πλησίασε: «Μην αγγίζεις τα σχέδιά μου». Ο στρατιώτης, βλέποντας σε αυτά τα λόγια μια προσβολή για τη δύναμη των νικητών, έκοψε το κεφάλι του και το αίμα του Αρχιμήδη έβαψε το επιστημονικό του έργο.

Διάσημος αρχαίος αστρονόμος Πτολεμαίος(2ος αιώνας μ.Χ. - υπάρχουν πληροφορίες ότι ο Πτολεμαίος (Κλαύδιος Πτολεμαίος) έζησε και εργάστηκε στην Αλεξάνδρεια από το 127 έως το 141 ή το 151. Σύμφωνα με τους αραβικούς θρύλους, πέθανε σε ηλικία 78 ετών.) στο έργο του « Η Μεγάλη Μαθηματική Κατασκευή της Αστρονομίας σε 13 Βιβλία«ανέπτυξε ένα γεωκεντρικό σύστημα του κόσμου, στο οποίο οι ορατές κινήσεις του στερεώματος και των πλανητών εξηγούνταν με την υπόθεση ότι η Γη είναι ακίνητη και βρίσκεται στο κέντρο του σύμπαντος. Ολόκληρο το στερέωμα κάνει μια πλήρη περιστροφή γύρω από τη Γη σε 24 ώρες, και τα αστέρια συμμετέχουν μόνο στην καθημερινή κίνηση, διατηρώντας τη σχετική θέση τους αμετάβλητη. Οι πλανήτες, επιπλέον, κινούνται σε σχέση με την ουράνια σφαίρα, αλλάζοντας τη θέση τους σε σχέση με τα αστέρια. Οι νόμοι των φαινομενικών κινήσεων των πλανητών θεσπίστηκαν από τον Πτολεμαίο σε τέτοιο βαθμό που κατέστη δυνατός ο εκ των προτέρων υπολογισμός των θέσεων τους σε σχέση με τη σφαίρα των σταθερών άστρων.

Ωστόσο, η θεωρία του Πτολεμαίου για τη δομή του σύμπαντος ήταν εσφαλμένη. οδήγησε σε ασυνήθιστα πολύπλοκα και τεχνητά μοτίβα πλανητικής κίνησης και σε ορισμένες περιπτώσεις δεν μπορούσε να εξηγήσει πλήρως τις φαινομενικές κινήσεις τους σε σχέση με τα αστέρια. Ιδιαίτερα μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ υπολογισμών και παρατηρήσεων προέκυψαν κατά την πρόβλεψη ηλιακών και σεληνιακών εκλείψεων που έγιναν πολλά χρόνια νωρίτερα.

Ο Πτολεμαίος δεν τήρησε αυστηρά τη μεθοδολογία του Αριστοτέλη και διεξήγαγε συστηματικά πειράματα για τη διάθλαση του φωτός. Φυσιολογικές-οπτικές παρατηρήσειςΟ Πτολεμαίος δεν έχει χάσει το ενδιαφέρον του μέχρι σήμερα. Οι γωνίες διάθλασης του φωτός που βρήκε όταν περνούσε από αέρα σε νερό, από αέρα σε γυαλί και από νερό σε γυαλί ήταν πολύ ακριβέςγια την εποχή του. Ο Πτολεμαίος συνδυάστηκε εντυπωσιακά στον εαυτό του αυστηρός μαθηματικός και δεινός πειραματιστής.

Κατά τον Μεσαίωνα, η ανάπτυξη όλων των επιστημών, καθώς και της μηχανικής, σε μεγάλο βαθμό επιβραδύνθηκε. Επιπλέον, αυτά τα χρόνια καταστράφηκαν και καταστράφηκαν τα πολυτιμότερα μνημεία της επιστήμης, της τεχνολογίας και της τέχνης των αρχαίων. Οι θρησκευτικοί φανατικοί εξαφάνισαν όλα τα κέρδη της επιστήμης και του πολιτισμού από προσώπου γης. Οι περισσότεροι επιστήμονες αυτής της περιόδου ακολούθησαν τυφλά τη σχολαστική μέθοδο του Αριστοτέλη στον τομέα της μηχανικής, θεωρώντας όλες τις διατάξεις που περιέχονται στα έργα αυτού του επιστήμονα άνευ όρων σωστές. Το γεωκεντρικό παγκόσμιο σύστημα του Πτολεμαίου αγιοποιήθηκε. Οι αντιθέσεις εναντίον αυτού του συστήματος του κόσμου και των βασικών αρχών της φιλοσοφίας του Αριστοτέλη θεωρήθηκαν παραβίαση των θεμελίων της Αγίας Γραφής και οι ερευνητές που αποφάσισαν να το κάνουν αυτό δηλώθηκαν αιρετικοί. «Ο Ποπόβτσινα σκότωσε τους ζωντανούς στον Αριστοτέλη και διαιώνισε τους νεκρούς», έγραψε ο Λένιν. Ο νεκρός, ανούσιος σχολαστικισμός γέμισε τις σελίδες πολλών πραγματειών. Τέθηκαν παράλογα προβλήματα και η ακριβής γνώση καταδιώχθηκε και μαράθηκε. Ένας μεγάλος αριθμός εργασιών για τη μηχανική κατά τον Μεσαίωνα αφιερώθηκε στην εύρεση « perpetuum mobile", δηλ. μηχανή αέναης κίνησης, λειτουργώντας χωρίς να λαμβάνει ενέργεια από το εξωτερικό. Αυτά τα έργα, ως επί το πλείστον, συνέβαλαν ελάχιστα στην ανάπτυξη της μηχανικής (Η ιδεολογία του Μεσαίωνα εκφράστηκε καλά από τον Μωάμεθ, λέγοντας: «Αν οι επιστήμες διδάσκουν ό,τι είναι γραμμένο στο Κοράνι, είναι περιττές· αν διδάσκουν κάτι άλλο , είναι άθεοι και εγκληματίες»). «Ο χριστιανικός Μεσαίωνας δεν άφησε τίποτα στην επιστήμη», λέει ο F. Engels στο «Dialectics of Nature».

Η εντατική ανάπτυξη της μηχανικής ξεκίνησε το Αναγέννησηαπό τις αρχές του 15ου αιώνα στην Ιταλία, και στη συνέχεια σε άλλες χώρες. Κατά τη διάρκεια αυτής της εποχής, ιδιαίτερα μεγάλη πρόοδος στην ανάπτυξη της μηχανικής επιτεύχθηκε χάρη στην εργασία (1452-1519), (1473-1543) και η Γαλιλαία (1564-1642).

Διάσημος Ιταλός καλλιτέχνης, μαθηματικός, μηχανικός και μηχανικός, Λεονάρντο Ντα Βίντσιασχολήθηκε με την έρευνα για τη θεωρία των μηχανισμών (κατασκεύασε έναν ελλειπτικό τόρνο), μελέτησε την τριβή σε μηχανές, μελέτησε την κίνηση του νερού στους σωλήνες και την κίνηση των σωμάτων σε κεκλιμένο επίπεδο. Ήταν ο πρώτος που αναγνώρισε την εξαιρετική σημασία της νέας έννοιας της μηχανικής - τη στιγμή της δύναμης σε σχέση με ένα σημείο. Μελετώντας την ισορροπία των δυνάμεων που δρουν στο μπλοκ, διαπίστωσε ότι ο ρόλος του βραχίονα της δύναμης παίζεται από το μήκος της καθέτου που χαμηλώνει από το σταθερό σημείο του μπλοκ προς την κατεύθυνση του σχοινιού που μεταφέρει το φορτίο. Η ισορροπία του μπλοκ είναι δυνατή μόνο εάν τα γινόμενα των δυνάμεων και τα μήκη των αντίστοιχων καθέτων είναι ίσα. Με άλλα λόγια, η ισορροπία του μπλοκ είναι δυνατή μόνο υπό την προϋπόθεση ότι το άθροισμα των στατικών ροπών των δυνάμεων σε σχέση με το σημείο βάρους του μπλοκ είναι ίσο με μηδέν.

Μια επαναστατική επανάσταση στις απόψεις για τη δομή του σύμπαντος πραγματοποιήθηκε από έναν Πολωνό επιστήμονα, ο οποίος, όπως γράφτηκε μεταφορικά στο μνημείο του στη Βαρσοβία, «σταμάτησε τον Ήλιο και κινούσε τη Γη». Νέος, ηλιοκεντρικό σύστημα του κόσμουεξήγησε την κίνηση των πλανητών με βάση το γεγονός ότι ο Ήλιος είναι ένα σταθερό κέντρο γύρω από το οποίο κινούνται όλοι οι πλανήτες σε κύκλους. Εδώ είναι τα πρωτότυπα λόγια του Κοπέρνικου, παρμένα από το αθάνατο έργο του: «Αυτό που μας φαίνεται ως κίνηση του Ήλιου δεν προέρχεται από την κίνησή του, αλλά από την κίνηση της Γης και της σφαίρας της, με την οποία περιστρέφουμε γύρω από τον Ήλιο , όπως κάθε άλλος πλανήτης. Έτσι, η Γη έχει περισσότερες από μία κινήσεις. Οι φαινομενικά απλές και ανάδρομες κινήσεις των πλανητών δεν συμβαίνουν λόγω της κίνησής τους, αλλά της κίνησης της Γης. Έτσι, η κίνηση της Γης από μόνη της αρκεί για να εξηγήσει τόσες πολλές ορατές ανισότητες στον ουρανό».

Στο έργο του Κοπέρνικου αποκαλύφθηκε το κύριο χαρακτηριστικό της κίνησης των πλανητών και δόθηκαν υπολογισμοί που σχετίζονται με τις προβλέψεις ηλιακών και σεληνιακών εκλείψεων. Οι επεξηγήσεις των επαναλαμβανόμενων φαινομενικών κινήσεων του Ερμή, της Αφροδίτης, του Άρη, του Δία και του Κρόνου σε σχέση με τη σφαίρα των σταθερών αστεριών έχουν αποκτήσει σαφήνεια, ευκρίνεια και απλότητα. Ο Κοπέρνικος κατανοούσε ξεκάθαρα την κινηματική της σχετικής κίνησης των σωμάτων στο διάστημα. Γράφει: «Κάθε αντιληπτή αλλαγή θέσης συμβαίνει ως αποτέλεσμα της κίνησης είτε του παρατηρούμενου αντικειμένου είτε του παρατηρητή, είτε ως αποτέλεσμα της κίνησης και των δύο, εάν, φυσικά, είναι διαφορετικά μεταξύ τους. Διότι όταν το παρατηρούμενο αντικείμενο και ο παρατηρητής κινούνται με τον ίδιο τρόπο και προς την ίδια κατεύθυνση, δεν παρατηρείται κίνηση μεταξύ του παρατηρούμενου αντικειμένου και του παρατηρητή».

Πραγματικά επιστημονικήΗ θεωρία του Κοπέρνικου κατέστησε δυνατή την απόκτηση ορισμένων σημαντικών πρακτικών αποτελεσμάτων: αύξηση της ακρίβειας των αστρονομικών πινάκων, αναμόρφωση του ημερολογίου (εισαγωγή ενός νέου στυλ) και αυστηρότερος προσδιορισμός της διάρκειας του έτους.

Έργα του λαμπρού Ιταλού επιστήμονα Γαλιλαίαήταν θεμελιώδεις για την ανάπτυξη Ηχεία.
Η δυναμική ως επιστήμη ιδρύθηκε από τον Γαλιλαίο, ο οποίος ανακάλυψε πολλές πολύ σημαντικές ιδιότητες ομοιόμορφα επιταχυνόμενων και ομοιόμορφα επιβραδυνόμενων κινήσεων.Τα θεμέλια αυτής της νέας επιστήμης τέθηκαν από τον Galileo σε ένα βιβλίο με τίτλο Ομιλίες και μαθηματικές αποδείξεις σχετικά με δύο νέους κλάδους της επιστήμης που σχετίζονται με τη μηχανική και την τοπική κίνηση. Στο Κεφάλαιο III, για τη δυναμική, ο Galileo γράφει: «Δημιουργούμε μια νέα επιστήμη, το θέμα της οποίας είναι εξαιρετικά παλιό. Δεν υπάρχει τίποτα στη φύση παλαιότερο από την κίνηση, αλλά πολύ λίγα σημαντικά έχουν γραφτεί για αυτήν από φιλοσόφους. Ως εκ τούτου, έχω μελετήσει επανειλημμένα πειραματικά τα χαρακτηριστικά του, τα οποία το αξίζουν πλήρως, αλλά μέχρι τώρα είτε άγνωστα είτε αναπόδεικτα. Για παράδειγμα, λένε ότι η φυσική κίνηση ενός σώματος που πέφτει είναι επιταχυνόμενη κίνηση. Ωστόσο, σε ποιο βαθμό οι αυξήσεις της επιτάχυνσης δεν έχει ακόμη αναφερθεί. Από όσο γνωρίζω, κανείς δεν έχει ακόμη αποδείξει ότι οι χώροι που διανύει ένα σώμα που πέφτει σε ίσες χρονικές περιόδους σχετίζονται μεταξύ τους ως διαδοχικοί περιττοί αριθμοί. Παρατηρήθηκε επίσης ότι τα εκτοξευόμενα σώματα ή βλήματα περιγράφουν μια συγκεκριμένη καμπύλη γραμμή, αλλά κανείς δεν έδειξε ότι αυτή η γραμμή είναι παραβολή».

Galileo Galilei (1564-1642)

Πριν από τον Γαλιλαίο, οι δυνάμεις που δρουν στα σώματα θεωρούνταν συνήθως σε κατάσταση ισορροπίας και η δράση των δυνάμεων μετρούνταν μόνο με στατικές μεθόδους (μοχλός, κλίμακες). Ο Γαλιλαίος επεσήμανε ότι η δύναμη είναι η αιτία των αλλαγών στην ταχύτητα, και έτσι καθιερώθηκε δυναμική μέθοδοςσύγκριση δυνάμεων. Η έρευνα του Galileo στον τομέα της μηχανικής είναι σημαντική όχι μόνο για τα αποτελέσματα που κατάφερε, αλλά και για τη συνεπή εισαγωγή του στη μηχανική πειραματικόςμέθοδος έρευνας κίνησης.

Για παράδειγμα, ο νόμος του ισοχρονισμού των ταλαντώσεων του εκκρεμούς σε μικρές γωνίες απόκλισης και ο νόμος της κίνησης ενός σημείου κατά μήκος ενός κεκλιμένου επιπέδου μελετήθηκαν από τον Galileo μέσω προσεκτικά σκηνοθετημένων πειραμάτων.

Χάρη στο έργο του Galileo, η ανάπτυξη της μηχανικής είναι στενά συνδεδεμένη με τις απαιτήσεις τεχνολογία,Και επιστημονικό πείραμασυστηματικά εισάγεται ως γόνιμη ερευνητική μέθοδοςφαινόμενα μηχανικής κίνησης. Ο Γαλιλαίος λέει ευθέως στις συνομιλίες του ότι οι παρατηρήσεις του έργου των «πρώτων» δασκάλων στο ενετικό οπλοστάσιο και οι συνομιλίες μαζί τους τον βοήθησαν να καταλάβει «τις αιτίες φαινομένων που όχι μόνο ήταν εκπληκτικά, αλλά και φαινόταν εντελώς απίστευτα στην αρχή». Πολλές από τις διατάξεις της μηχανικής του Αριστοτέλη διευκρινίστηκαν από τον Γαλιλαίο (όπως ο νόμος για την προσθήκη κινήσεων) ή διαψεύστηκαν πολύ έξυπνα με καθαρά λογικούς συλλογισμούς (η διάψευση με τη διεξαγωγή πειραμάτων θεωρήθηκε ανεπαρκής εκείνη την εποχή). Παρουσιάζουμε εδώ την απόδειξη του Galileo για να χαρακτηρίσει το στυλ, διαψεύδονταςΗ θέση του Αριστοτέλη ότι τα βαριά σώματα στην επιφάνεια της Γης πέφτουν πιο γρήγορα και τα ελαφριά - πιο αργά. Το σκεπτικό δίνεται με τη μορφή συνομιλίας μεταξύ ενός οπαδού του Γαλιλαίου (Σαλβιάτι) και του Αριστοτέλη (Σιμπλίσιο):

« Σαλβιάτι: ... Χωρίς περαιτέρω πειράματα, μέσω μιας σύντομης αλλά πειστικής συλλογιστικής, μπορούμε να δείξουμε ξεκάθαρα την ανακρίβεια της δήλωσης ότι τα βαρύτερα σώματα κινούνται ταχύτερα από τα ελαφρύτερα, δηλαδή σώματα της ίδιας ουσίας, δηλαδή εκείνα για τα οποία μιλάει ο Αριστοτέλης. Στην πραγματικότητα, πείτε μου, σενορ Σιμπλίσιο, αναγνωρίζετε ότι κάθε σώμα που πέφτει έχει μια συγκεκριμένη ταχύτητα που είναι εγγενής από τη φύση του, η οποία μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί μόνο με την εισαγωγή μιας νέας δύναμης ή εμποδίου;
Simplicio:Δεν έχω καμία αμφιβολία ότι το ίδιο σώμα στο ίδιο περιβάλλον έχει μια σταθερή ταχύτητα που καθορίζεται από τη φύση, η οποία δεν μπορεί να αυξηθεί παρά μόνο από την εφαρμογή μιας νέας δύναμης ή να μειωθεί παρά μόνο από ένα εμπόδιο που επιβραδύνει την κίνηση.
Σαλβιάτι: Έτσι, εάν έχουμε δύο σώματα που πέφτουν, των οποίων οι φυσικές ταχύτητες είναι διαφορετικές, και συνδέσουμε αυτό που κινείται πιο γρήγορα με αυτό που κινείται πιο αργά, τότε είναι σαφές ότι η κίνηση του σώματος που πέφτει πιο γρήγορα θα καθυστερήσει κάπως, και η κίνηση του άλλου θα επιταχυνθεί κάπως. Έχετε αντίρρηση για αυτή την κατάσταση;
Simplicio:Νομίζω ότι αυτό είναι πολύ σωστό.
Σαλβιάτι: Αν όμως είναι έτσι, και αν ταυτόχρονα αληθεύει ότι η μεγάλη πέτρα κινείται, ας πούμε, με ταχύτητα οκτώ πήχεις, ενώ η άλλη, μικρότερη κινείται με ταχύτητα τεσσάρων πήχεων, τότε, συνδέοντάς τα μεταξύ τους , πρέπει να αποκτήσουμε ταχύτητα μικρότερη από οκτώ αγκώνες. Ωστόσο, δύο πέτρες ενωμένες σχηματίζουν ένα σώμα μεγαλύτερο από το αρχικό, το οποίο είχε ταχύτητα οκτώ πήχεις. Επομένως, αποδεικνύεται ότι το βαρύτερο σώμα κινείται με μικρότερη ταχύτητα από το ελαφρύτερο, και αυτό είναι αντίθετο με την υπόθεσή σας. Βλέπετε τώρα πώς από την πρόταση ότι τα βαρύτερα σώματα κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα από τα ελαφρύτερα, θα μπορούσα να βγάλω το συμπέρασμα ότι τα βαρύτερα σώματα κινούνται λιγότερο γρήγορα».

Τα φαινόμενα της ομοιόμορφα επιταχυνόμενης πτώσης ενός σώματος στη Γη παρατηρήθηκαν από πολλούς επιστήμονες πριν από τον Galileo, αλλά κανένας από αυτούς δεν μπόρεσε να ανακαλύψει τις αληθινές αιτίες και τους σωστούς νόμους που εξηγούν αυτά τα καθημερινά φαινόμενα. Ο Lagrange σημειώνει σχετικά ότι «χρειάστηκε μια εξαιρετική ιδιοφυΐα για να ανακαλύψει τους νόμους της φύσης σε τέτοια φαινόμενα που ήταν πάντα μπροστά στα μάτια, αλλά η εξήγηση των οποίων παρόλα αυτά διέφευγε πάντα την έρευνα των φιλοσόφων».

Ετσι, Ο Γαλιλαίος ήταν ο ιδρυτής της σύγχρονης δυναμικής. Ο Γαλιλαίος κατανοούσε ξεκάθαρα τους νόμους της αδράνειας και την ανεξάρτητη δράση των δυνάμεων στη σύγχρονη μορφή τους.

Ο Γαλιλαίος ήταν ένας εξαιρετικός αστρονόμος παρατηρήσεων και ένθερμος υποστηρικτής της ηλιοκεντρικής κοσμοθεωρίας. Έχοντας βελτιώσει ριζικά το τηλεσκόπιο, ο Γαλιλαίος ανακάλυψε τις φάσεις της Αφροδίτης, τους δορυφόρους του Δία και κηλίδες στον Ήλιο. Διεξήγαγε έναν επίμονο, σταθερά υλιστικό αγώνα ενάντια στον σχολαστικισμό του Αριστοτέλη, στο ερειπωμένο σύστημα του Πτολεμαίου και στους αντιεπιστημονικούς κανόνες της Καθολικής Εκκλησίας. Ο Γαλιλαίος είναι ένας από τους μεγάλους άνδρες της επιστήμης, «που ήξερε πώς να καταστρέφει το παλιό και να δημιουργεί το νέο, παρά τα όποια εμπόδια, παρά τα πάντα».
Συνεχίστηκε και αναπτύχθηκε το έργο του Γαλιλαίου (1629-1695), ο οποίος αναπτύχθηκε θεωρία των ταλαντώσεων ενός φυσικού εκκρεμούςκαι εγκαταστάθηκε νόμοι δράσης των φυγόκεντρων δυνάμεων.Ο Huygens επέκτεινε τη θεωρία των επιταχυνόμενων και επιβραδυνόμενων κινήσεων ενός σημείου (τη μεταφορική κίνηση ενός σώματος) στην περίπτωση ενός μηχανικού συστήματος σημείων. Αυτό ήταν ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός, καθώς κατέστησε δυνατή τη μελέτη των περιστροφικών κινήσεων ενός άκαμπτου σώματος. Ο Huygens εισήγαγε στη μηχανική την έννοια του ροπή αδράνειας του σώματος σε σχέση με τον άξονακαι όρισε το λεγόμενο « κέντρο ταλάντευσης"φυσικό εκκρεμές. Κατά τον προσδιορισμό του κέντρου αιώρησης ενός φυσικού εκκρεμούς, ο Huygens προχώρησε από την αρχή ότι «ένα σύστημα βαρέων σωμάτων που κινούνται υπό την επίδραση της βαρύτητας δεν μπορεί να κινηθεί έτσι ώστε το κοινό κέντρο βάρους των σωμάτων να υψώνεται πάνω από την αρχική του θέση». Ο Huygens αποδείχθηκε επίσης ως εφευρέτης. Δημιούργησε το σχέδιο ρολογιών εκκρεμούς, εφηύρε τον εξισορροπητή-ρυθμιστή ρολογιών τσέπης, κατασκεύασε τους καλύτερους αστρονομικούς σωλήνες εκείνης της εποχής και ήταν ο πρώτος που είδε καθαρά τον δακτύλιο του πλανήτη Κρόνου.

Για να περιγράψουμε ταχύτητες που δεν είναι μικρές σε σύγκριση με την ταχύτητα του φωτός, είναι απαραίτητη η ειδική σχετικότητα. Στην περίπτωση που τα αντικείμενα γίνονται εξαιρετικά ογκώδη, εφαρμόζεται η γενική σχετικότητα. Ωστόσο, ορισμένες σύγχρονες πηγές ενσωματώνουν τη σχετικιστική μηχανική στην κλασική φυσική, η οποία πιστεύουν ότι αντιπροσωπεύει την κλασική μηχανική στην πιο ανεπτυγμένη και ακριβή μορφή της.

Περιγραφή της θεωρίας

Παρακάτω παρουσιάζουμε τις βασικές έννοιες της κλασικής μηχανικής. Για απλότητα, συχνά μοντελοποιούμε πραγματικά αντικείμενα ως σημειακά σωματίδια (αντικείμενα με μικρό μέγεθος). Η κίνηση ενός σημειακού σωματιδίου χαρακτηρίζεται από έναν μικρό αριθμό παραμέτρων: τη θέση, τη μάζα και τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό. Κάθε μία από αυτές τις παραμέτρους συζητείται με τη σειρά της.

Στην πραγματικότητα, το είδος των αντικειμένων που μπορεί να περιγράψει η κλασική μηχανική έχουν πάντα μη μηδενικό μέγεθος. (Η φυσικη Πολύμικρά σωματίδια, όπως το ηλεκτρόνιο, περιγράφονται με μεγαλύτερη ακρίβεια από την κβαντομηχανική.) Τα αντικείμενα με μη μηδενικό μέγεθος έχουν πιο σύνθετη συμπεριφορά από τα υποθετικά σημειακά σωματίδια, λόγω πρόσθετων βαθμών ελευθερίας. Για παράδειγμα, μια μπάλα του μπέιζμπολ μπορεί να περιστρέφεται ενώ κινείται . Ωστόσο, τα αποτελέσματα για σημειακά σωματίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη τέτοιων αντικειμένων αντιμετωπίζοντάς τα ως σύνθετα αντικείμενα που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό σημειακών σωματιδίων που δρουν μαζί. Το κέντρο μάζας ενός σύνθετου αντικειμένου συμπεριφέρεται σαν σημειακό σωματίδιο.

Θέση και τα παράγωγά της

Θέσησχετικά με ένα σημειακό σωματίδιο ορίζονται σε σχέση με ένα σύστημα συντεταγμένων που επικεντρώνεται σε ένα αυθαίρετο σταθερό σημείο αναφοράς στο χώρο που ονομάζεται αρχή συμπέρασμα. Ένα απλό σύστημα συντεταγμένων μπορεί να περιγράψει τη θέση ενός σωματιδίου Rμε διάνυσμα γραμμένο βέλος με επιγραφή σολ, που δείχνει από την προέλευση Ομέχρι κάποιο σημείο Π. Γενικά, το σημείο του σωματιδίου δεν πρέπει να είναι ακίνητο σε σχέση με Ο. Σε περιπτώσεις όπου Rκινείται σε σχέση με Ο , Rορίζεται ως συνάρτηση του Τ, χρόνος. Στην προ-Αϊνστάιν σχετικότητα (γνωστή ως Γαλιλαία σχετικότητα), ο χρόνος θεωρείται απόλυτος, δηλαδή, το χρονικό διάστημα που παρατηρείται ότι μεσολαβεί μεταξύ οποιουδήποτε ζεύγους γεγονότων είναι το ίδιο για όλους τους παρατηρητές. Εκτός από το ότι βασίζεται στον απόλυτο χρόνο, η κλασική μηχανική υποθέτει την Ευκλείδεια γεωμετρία για τη δομή του χώρου.

Ταχύτητα και ταχύτητα

Μαθηματικά, αν η ταχύτητα του πρώτου αντικειμένου στην προηγούμενη συζήτηση συμβολίζεται με το διάνυσμα U = Uρε , και την ταχύτητα του δεύτερου αντικειμένου κατά μήκος του διανύσματος σχετικά με = σχετικά μεμι , Οπου στοείναι η ταχύτητα του πρώτου αντικειμένου, vείναι η ταχύτητα του δεύτερου αντικειμένου, και ρεΚαι μιείναι μοναδιαία διανύσματα στις κατευθύνσεις κίνησης κάθε αντικειμένου αντίστοιχα, τότε η ταχύτητα του πρώτου αντικειμένου όπως φαίνεται από το δεύτερο αντικείμενο

Ομοίως, το πρώτο αντικείμενο βλέπει την ταχύτητα του δεύτερου αντικειμένου ως

Όταν και τα δύο αντικείμενα κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση, τότε αυτή η εξίσωση μπορεί να απλοποιηθεί

Ή, αγνοώντας την κατεύθυνση, η διαφορά μπορεί να δοθεί μόνο ως προς την ταχύτητα:

επιτάχυνση

Ένα αδρανειακό πλαίσιο είναι ένα πλαίσιο αναφοράς κατά το οποίο ένα αντικείμενο αλληλεπιδρά χωρίς δυνάμεις (μια εξιδανικευμένη κατάσταση) και εμφανίζεται είτε σε ηρεμία είτε κινείται ομοιόμορφα σε ευθεία γραμμή. Αυτός είναι ο θεμελιώδης ορισμός ενός αδρανειακού πλαισίου αναφοράς. Χαρακτηρίζονται από την απαίτηση όλες οι δυνάμεις που εισέρχονται στον παρατηρητή φυσικών νόμων να προέρχονται από αναγνωρίσιμες πηγές, που προκαλούνται από πεδία όπως το ηλεκτροστατικό πεδίο (που προκαλείται από στατικό ηλεκτρικό φορτίο), το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (που προκαλείται από την κίνηση των φορτίων), το βαρυτικό πεδίο ( προκαλείται από μάζα) και κ.λπ.

Η βασική έννοια των αδρανειών είναι η μέθοδος για την αναγνώρισή τους. Για πρακτικούς σκοπούς, τα πλαίσια αναφοράς που δεν επιταχύνουν σχετικά μακρινά αστέρια (εξαιρετικά μακρινά σημεία) θεωρούνται καλές προσεγγίσεις αδράνειας. Μη αδρανειακά πλαίσια επιτάχυνσης σε σχέση με υπάρχον αδρανειακό πλαίσιο. Αποτελούν τη βάση για τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Λόγω της σχετικής κίνησης, τα σωματίδια σε μια μη αδρανειακή φαίνεται να κινούνται με τρόπους που δεν εξηγούνταν από τις δυνάμεις από τα υπάρχοντα πεδία στο πλαίσιο αναφοράς. Έτσι, αποδεικνύεται ότι υπάρχουν και άλλες δυνάμεις που εισέρχονται στην εξίσωση της κίνησης μόνο ως αποτέλεσμα σχετικής επιτάχυνσης. Αυτές οι δυνάμεις ονομάζονται πλασματικές δυνάμεις, δυνάμεις αδράνειας ή ψευδοδυνάμεις.

Οι μετασχηματισμοί έχουν τις ακόλουθες συνέπειες:

• v "= v - U(Ταχύτητα v«σωματίδια από την άποψη μικρό"είναι πιο αργό Uαπό την ταχύτητά του Vαπό άποψη μικρό)
• "= (η επιτάχυνση των σωματιδίων είναι ίδια σε οποιοδήποτε αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς)
• φά "= φά(η δύναμη που ασκεί το σωματίδιο είναι η ίδια σε οποιοδήποτε αδρανειακό σύστημα αναφοράς)
• η ταχύτητα του φωτός δεν είναι σταθερή τιμή στην κλασική μηχανική και η μη ειδική θέση μιας δεδομένης ταχύτητας φωτός στη σχετικιστική μηχανική έχει ανάλογη στην κλασική μηχανική.

Για ορισμένες εργασίες, είναι βολικό να χρησιμοποιείτε περιστρεφόμενες συντεταγμένες (πλαίσια αναφοράς). Έτσι, μπορεί κανείς είτε να αποθηκεύσει την οθόνη σε ένα βολικό αδρανειακό πλαίσιο είτε να εισαγάγει πρόσθετες πλασματικές φυγόκεντρες δυνάμεις και δυνάμεις Coriolis.

δύναμη; Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα

Εάν η εργασία εκτελείται μετακινώντας ένα σωματίδιο από σολ 1 έως σολΤο 2 δεν είναι το ίδιο ανεξάρτητα από το μονοπάτι που ακολουθείται, η δύναμη ονομάζεται συντηρητική. Η βαρύτητα είναι μια συντηρητική δύναμη, όπως η δύναμη που οφείλεται σε ένα εξιδανικευμένο ελατήριο, όπως δίνεται από το νόμο του Hooke. Η δύναμη που προκαλείται από την τριβή δεν είναι συντηρητική.

σταθερή στο χρόνο. Συχνά χρήσιμο επειδή πολλές δυνάμεις που απαντώνται συνήθως είναι συντηρητικές.

Εκτός από τους νόμους του Νεύτωνα

Η κλασική μηχανική περιγράφει επίσης πιο σύνθετες κινήσεις εκτεταμένων αντικειμένων, όχι κατά σημείο. Οι νόμοι του Euler παρέχουν μια επέκταση των νόμων του Νεύτωνα σε αυτόν τον τομέα. Οι έννοιες της γωνιακής ορμής βασίζονται στον ίδιο λογισμό που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της μονοδιάστατης κίνησης. Η εξίσωση πυραύλων επεκτείνει την έννοια του ρυθμού μεταβολής της ορμής ενός αντικειμένου για να συμπεριλάβει τα αποτελέσματα ενός αντικειμένου που «χάνει μάζα».

Υπάρχουν δύο σημαντικές εναλλακτικές διατυπώσεις της κλασικής μηχανικής: η μηχανική Lagrange και η μηχανική Hamiltonian. Αυτά και άλλα σύγχρονα παρασκευάσματα τείνουν να παρακάμπτουν την έννοια της «δύναμης», αντί να κάνουν αναφορά σε άλλα φυσικά μεγέθη όπως η ενέργεια, η ταχύτητα και η ορμή για να περιγράψουν μηχανικά συστήματα σε γενικευμένες συντεταγμένες.

Η παραπάνω έκφραση για την ορμή και την κινητική ενέργεια ισχύει μόνο όταν δεν υπάρχει σημαντική ηλεκτρομαγνητική συμβολή. Στον ηλεκτρομαγνητισμό, ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα για τα αγώγιμα σύρματα αποτυγχάνει εάν δεν περιλαμβάνει τη συμβολή πεδίου στον ηλεκτρομαγνητικό παλμό του συστήματος, που εκφράζεται με το διάνυσμα Poynting διαιρούμενο με Με 2 όπου Μεείναι η ταχύτητα του φωτός στον ελεύθερο χώρο.

Όρια εφαρμογής

Πολλοί κλάδοι της κλασικής μηχανικής απλοποιούν ή προσεγγίζουν πιο ακριβείς μορφές. δύο από τις πιο ακριβείς είναι η γενική σχετικότητα και η σχετικιστική στατιστική μηχανική. Η γεωμετρική οπτική είναι μια προσέγγιση της κβαντικής θεωρίας του φωτός και δεν έχει ανώτερη «κλασική» μορφή.

Όταν τόσο η κβαντική μηχανική όσο και η κλασική μηχανική δεν μπορούν να εφαρμοστούν, για παράδειγμα σε κβαντικό επίπεδο με πολλούς βαθμούς ελευθερίας, χρησιμοποιείται η κβαντική θεωρία πεδίου (QFT). Το QFT ασχολείται με μικρές αποστάσεις και μεγάλες ταχύτητες με μεγάλο αριθμό βαθμών ελευθερίας, καθώς και την πιθανότητα οποιωνδήποτε αλλαγών στον αριθμό των σωματιδίων σε όλη την αλληλεπίδραση. Όταν χειρίζεστε μεγάλους βαθμούς ελευθερίας σε μακροσκοπικό επίπεδο, η στατιστική μηχανική γίνεται χρήσιμη. Η στατιστική μηχανική περιγράφει τη συμπεριφορά ενός μεγάλου (αλλά μετρήσιμου) αριθμού σωματιδίων και τις αλληλεπιδράσεις τους στο σύνολό τους σε μακροσκοπικό επίπεδο. Η στατιστική μηχανική χρησιμοποιείται κυρίως στη θερμοδυναμική για συστήματα που βρίσκονται εκτός των ορίων των παραδοχών της κλασικής θερμοδυναμικής. Στην περίπτωση αντικειμένων υψηλής ταχύτητας που προσεγγίζουν την ταχύτητα του φωτός, η κλασική μηχανική ενισχύεται. Στην περίπτωση που τα αντικείμενα γίνονται εξαιρετικά βαριά (δηλαδή η ακτίνα Schwarzschild τους δεν είναι αμελητέα για μια δεδομένη εφαρμογή), η απόκλιση από τη Νευτώνεια μηχανική θα γίνει εμφανής και μπορεί να ποσοτικοποιηθεί χρησιμοποιώντας έναν παραμετροποιημένο μετα-νευτώνειο φορμαλισμό. Σε αυτή την περίπτωση, εφαρμόζεται η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας (GTR). Ωστόσο, δεν υπάρχει ακόμα θεωρία της κβαντικής βαρύτητας που να ενοποιεί τη γενική σχετικότητα και το QFT με την έννοια ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν τα αντικείμενα γίνονται εξαιρετικά μικρά και βαριά.

Προσέγγιση του Νεύτωνα στην ειδική σχετικότητα

Στην ειδική σχετικότητα, η ορμή ενός σωματιδίου δίνεται από το

Οπου Τείναι η υπόλοιπη μάζα του σωματιδίου, Vτην ταχύτητά του, vείναι μια ενότητα V, ΕΝΑ Μεείναι η ταχύτητα του φωτός.

Αν Vπολύ μικρό σε σύγκριση με Με , v 2 / ΜεΤο 2 είναι περίπου ίσο με μηδέν και ούτω καθεξής

Έτσι, η εξίσωση του Νεύτωνα R = Τv είναι μια προσέγγιση της σχετικιστικής εξίσωσης για σώματα που κινούνται με χαμηλές ταχύτητες σε σύγκριση με την ταχύτητα του φωτός.

Για παράδειγμα, η σχετικιστική συχνότητα κυκλοτρονίου ενός κυκλοτρονίου, γυροτρονίου ή μαγνητρονίου υψηλής τάσης δίνεται από

Οπου μι c είναι η κλασική συχνότητα ενός ηλεκτρονίου (ή άλλου φορτισμένου σωματιδίου) με κινητική ενέργεια Τκαι (υπόλοιπες) μάζες Μ 0 που κυκλώνει σε ένα μαγνητικό πεδίο. (Η υπόλοιπη) μάζα ηλεκτρονίων είναι 511 keV. Επομένως, η διόρθωση συχνότητας είναι 1% για μαγνητικό σωλήνα κενού σταθερού ρεύματος σε τάση επιτάχυνσης 5,11 kV.

Κλασική προσέγγιση στην κβαντική μηχανική

Η προσέγγιση της δέσμης της κλασικής μηχανικής καταρρέει όταν το μήκος κύματος de Broglie δεν είναι πολύ μικρότερο από τις άλλες διαστάσεις του συστήματος. Για τα μη σχετικιστικά σωματίδια, αυτό το μήκος κύματος

Η κλασική μηχανική είναι η ίδια ακραία προσέγγιση υψηλής συχνότητας με τη γεωμετρική οπτική. Είναι πιο συχνά ακριβές αφού περιγράφει σωματίδια και σώμα με μάζα ηρεμίας. Έχουν περισσότερη ορμή και επομένως μικρότερα μήκη κύματος de Broglie από τα σωματίδια χωρίς μάζα, όπως το φως, με την ίδια κινητική ενέργεια.

ιστορία

Η μελέτη της κίνησης των σωμάτων είναι αρχαία, γεγονός που καθιστά την κλασική μηχανική ένα από τα παλαιότερα και μεγαλύτερα μαθήματα στην επιστήμη, τη μηχανική και την τεχνολογία.

Μετά τον Νεύτωνα, η κλασική μηχανική έγινε το κύριο πεδίο σπουδών στα μαθηματικά καθώς και στη φυσική. Αρκετά νέα φάρμακα κατέστησαν σταδιακά δυνατή την εξεύρεση λύσεων σε πολύ μεγαλύτερο αριθμό προβλημάτων. Η πρώτη αξιοσημείωτη αναδιατύπωση ήταν το 1788 από τον Joseph Louis Lagrange. Η μηχανική του Λαγκράντζ με τη σειρά της διατυπώθηκε ξανά το 1833 από τον William Rowan Hamilton.

Κάποιες δυσκολίες ανακαλύφθηκαν στα τέλη του 19ου αιώνα, οι οποίες μπορούσαν να λυθούν μόνο με τη βοήθεια πιο σύγχρονης φυσικής. Μερικές από αυτές τις δυσκολίες αφορούσαν τη συμβατότητα με την ηλεκτρομαγνητική θεωρία και το περίφημο πείραμα Michelson-Morley. Η λύση σε αυτά τα προβλήματα οδήγησε στην ειδική θεωρία της σχετικότητας, που συχνά θεωρείται ακόμη μέρος της κλασικής μηχανικής.

Το δεύτερο σύνολο δυσκολιών που σχετίζονται με τη θερμοδυναμική. Όταν συνδυάζεται με τη θερμοδυναμική, η κλασική μηχανική οδηγεί στο παράδοξο Gibbs της κλασικής στατιστικής μηχανικής, στο οποίο η εντροπία δεν είναι μια καλά καθορισμένη ποσότητα. Η ακτινοβολία μαύρου σώματος δεν έχει εξηγηθεί χωρίς εισαγωγή

Υλικό από τη Wikipedia - την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Κλασική μηχανική- ένας τύπος μηχανικής (ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τους νόμους των αλλαγών στις θέσεις των σωμάτων στο χώρο με την πάροδο του χρόνου και τις αιτίες που τις προκαλούν), με βάση τους νόμους του Νεύτωνα και την αρχή της σχετικότητας του Γαλιλαίου. Ως εκ τούτου, συχνά ονομάζεται " Νευτώνεια μηχανική».

Η κλασική μηχανική χωρίζεται σε:

στατική (η οποία λαμβάνει υπόψη την ισορροπία των σωμάτων)

κινηματική (η οποία μελετά τη γεωμετρική ιδιότητα της κίνησης χωρίς να εξετάζει τα αίτια της)

δυναμική (η οποία εξετάζει την κίνηση των σωμάτων).

Η κλασική μηχανική δίνει πολύ ακριβή αποτελέσματα εάν η εφαρμογή της περιορίζεται σε σώματα των οποίων οι ταχύτητες είναι πολύ μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός και των οποίων οι διαστάσεις υπερβαίνουν σημαντικά τις διαστάσεις των ατόμων και των μορίων. Μια γενίκευση της κλασικής μηχανικής σε σώματα που κινούνται με αυθαίρετη ταχύτητα είναι σχετικιστική μηχανική, και σε σώματα των οποίων οι διαστάσεις είναι συγκρίσιμες με τις ατομικές είναι η κβαντική μηχανική.Η κβαντική θεωρία πεδίου εξετάζει τα κβαντικά σχετικιστικά φαινόμενα.

Ωστόσο, η κλασική μηχανική διατηρεί τη σημασία της επειδή:

είναι πολύ πιο εύκολο να κατανοηθεί και να χρησιμοποιηθεί από άλλες θεωρίες

σε ένα ευρύ φάσμα περιγράφει την πραγματικότητα αρκετά καλά.

Η κλασική μηχανική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει την κίνηση αντικειμένων όπως κορυφές και μπάλες του μπέιζμπολ, πολλά αστρονομικά αντικείμενα (όπως πλανήτες και γαλαξίες) και μερικές φορές ακόμη και πολλά μικροσκοπικά αντικείμενα όπως μόρια.

Η κλασική μηχανική είναι μια αυτοσυνεπής θεωρία, δηλαδή, στο πλαίσιό της δεν υπάρχουν δηλώσεις που να έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους. Ωστόσο, ο συνδυασμός του με άλλες κλασικές θεωρίες, για παράδειγμα την κλασική ηλεκτροδυναμική και τη θερμοδυναμική, οδηγεί στην εμφάνιση άλυτων αντιφάσεων. Συγκεκριμένα, η κλασική ηλεκτροδυναμική προβλέπει ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή για όλους τους παρατηρητές, κάτι που είναι ασύμβατο με την κλασική μηχανική. Στις αρχές του 20ου αιώνα, αυτό οδήγησε στην ανάγκη δημιουργίας μιας ειδικής θεωρίας της σχετικότητας. Όταν εξετάζεται μαζί με τη θερμοδυναμική, η κλασική μηχανική οδηγεί στο παράδοξο Gibbs, στο οποίο είναι αδύνατο να προσδιοριστεί με ακρίβεια η τιμή της εντροπίας, και στην υπεριώδη καταστροφή, στην οποία ένα εντελώς μαύρο σώμα πρέπει να εκπέμπει άπειρη ποσότητα ενέργειας. Οι προσπάθειες επίλυσης αυτών των προβλημάτων οδήγησαν στην εμφάνιση και ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής.

10 εισιτήριο ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ ΤΟΥ ΚΟΣΜΟΥ.ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Θερμοδυναμική(Ελληνικά θέρμη - «θερμότητα», δύναμις - «δύναμη») - κλάδος της φυσικής που μελετά τις σχέσεις και τους μετασχηματισμούς της θερμότητας και άλλων μορφών ενέργειας. Η χημική θερμοδυναμική, η οποία μελετά τους φυσικούς και χημικούς μετασχηματισμούς που σχετίζονται με την απελευθέρωση ή την απορρόφηση θερμότητας, καθώς και τη θερμική μηχανική, έχουν γίνει ξεχωριστοί κλάδοι.

Στη θερμοδυναμική, δεν έχουμε να κάνουμε με μεμονωμένα μόρια, αλλά με μακροσκοπικά σώματα που αποτελούνται από έναν τεράστιο αριθμό σωματιδίων. Αυτά τα σώματα ονομάζονται θερμοδυναμικά συστήματα. Στη θερμοδυναμική, τα θερμικά φαινόμενα περιγράφονται με μακροσκοπικά μεγέθη - πίεση, θερμοκρασία, όγκος, ..., τα οποία δεν είναι εφαρμόσιμα σε μεμονωμένα μόρια και άτομα.

Στη θεωρητική φυσική, μαζί με τη φαινομενολογική θερμοδυναμική, που μελετά τη φαινομενολογία των θερμικών διεργασιών, υπάρχει και η στατιστική θερμοδυναμική, η οποία δημιουργήθηκε για τη μηχανική τεκμηρίωση της θερμοδυναμικής και ήταν ένας από τους πρώτους κλάδους της στατιστικής φυσικής.

Η θερμοδυναμική μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα θεμάτων στην επιστήμη και την τεχνολογία, όπως κινητήρες, μεταπτώσεις φάσης, χημικές αντιδράσεις, φαινόμενα μεταφοράς, ακόμη και μαύρες τρύπες. Η θερμοδυναμική είναι σημαντική σε άλλους τομείς της φυσικής και της χημείας, της χημικής μηχανικής, της αεροδιαστημικής μηχανικής, της μηχανολογίας, της κυτταρικής βιολογίας, της βιοϊατρικής μηχανικής, της επιστήμης των υλικών και είναι χρήσιμη σε άλλους τομείς όπως η οικονομία [

11 εισιτήριο ΗΛΕΚΤΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Ηλεκτροδυναμική- κλάδος της φυσικής που μελετά το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στην πιο γενική περίπτωση (δηλαδή θεωρούνται εξαρτώμενα από το χρόνο μεταβλητά πεδία) και την αλληλεπίδρασή του με σώματα που έχουν ηλεκτρικό φορτίο (ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση). Το θέμα της ηλεκτροδυναμικής περιλαμβάνει τη σύνδεση μεταξύ ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων, την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (σε διαφορετικές συνθήκες, τόσο ελεύθερη όσο και σε διάφορες περιπτώσεις αλληλεπίδρασης με την ύλη), το ηλεκτρικό ρεύμα (γενικά μιλώντας, μεταβλητό) και την αλληλεπίδρασή του με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να θεωρηθεί όταν αυτό μοιάζει με μια συλλογή κινούμενων φορτισμένων σωματιδίων). Οποιαδήποτε ηλεκτρική και μαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ φορτισμένων σωμάτων θεωρείται στη σύγχρονη φυσική ότι συμβαίνει μέσω ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και, ως εκ τούτου, είναι επίσης αντικείμενο της ηλεκτροδυναμικής.

Τις περισσότερες φορές κάτω από τον όρο ηλεκτροδυναμικήεξ ορισμού γίνεται κατανοητό κλασσικόςηλεκτροδυναμική, η οποία περιγράφει μόνο τις συνεχείς ιδιότητες του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μέσω του συστήματος εξισώσεων του Maxwell. για να δηλώσει τη σύγχρονη κβαντική θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και την αλληλεπίδρασή του με φορτισμένα σωματίδια, χρησιμοποιείται συνήθως ένας σταθερός όρος κβαντική ηλεκτροδυναμική.

12 εισιτήριο Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΣΥΜΜΕΤΡΙΑΣ ΣΤΗΝ ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΗ

Το θεώρημα της Emmy Noetherδηλώνει ότι κάθε συνεχής συμμετρία ενός φυσικού συστήματος αντιστοιχεί σε έναν ορισμένο νόμο διατήρησης. Έτσι, ο νόμος διατήρησης της ενέργειας αντιστοιχεί στην ομοιογένεια του χρόνου, ο νόμος διατήρησης της ορμής - ομοιογένεια χώρου, ο νόμος διατήρησης της γωνιακής ορμής - ισοτροπία του χώρου, ο νόμος διατήρησης ηλεκτρικού φορτίου - συμμετρία μετρητή κ.λπ. .

Το θεώρημα συνήθως διατυπώνεται για συστήματα που έχουν μια συνάρτηση δράσης και εκφράζει την αναλλοίωτη του Lagrangian σε σχέση με κάποια συνεχή ομάδα μετασχηματισμών.

Το θεώρημα καθιερώθηκε στα έργα των επιστημόνων της σχολής του Gottingen D. Gilberta, F. KleinaiE. Κανένας. Η πιο κοινή διατύπωση αποδείχθηκε από τον Emmy Noether το 1918.

Τύποι συμμετριών που απαντώνται στα μαθηματικά και τις επιστήμες:

διμερής συμμετρία - συμμετρία σε σχέση με την αντανάκλαση του καθρέφτη. (Αμφίπλευρη συμμετρία)

συμμετρία νης τάξης - συμμετρία σε σχέση με γωνία περιστροφής 360°/n γύρω από οποιονδήποτε άξονα. Περιγράφεται από την ομάδα Zn.

αξονική συμμετρία (ακτινική συμμετρία, ακτινική συμμετρία) - συμμετρία σε σχέση με την περιστροφή σε αυθαίρετη γωνία γύρω από οποιονδήποτε άξονα. Περιγράφεται από την ομάδα SO(2).

σφαιρική συμμετρία - συμμετρία ως προς τις περιστροφές σε τρισδιάστατο χώρο σε αυθαίρετες γωνίες. Περιγράφεται από την ομάδα SO(3). Η τοπική σφαιρική συμμετρία του χώρου ή του μέσου ονομάζεται επίσης ισοτροπία.

Η περιστροφική συμμετρία είναι μια γενίκευση των δύο προηγούμενων συμμετριών.

μεταφραστική συμμετρία - συμμετρία ως προς τις μετατοπίσεις του χώρου προς οποιαδήποτε κατεύθυνση σε μια ορισμένη απόσταση.

Αναλλοίωτο Lorentz - συμμετρία ως προς τις αυθαίρετες περιστροφές στο χωροχρόνο Minkowski.

αμετάβλητο μετρητή - ανεξαρτησία της μορφής των εξισώσεων των θεωριών μετρητών στην κβαντική θεωρία πεδίου (ιδίως, οι θεωρίες Yang-Mills) υπό μετασχηματισμούς μετρητών.

υπερσυμμετρία - συμμετρία της θεωρίας σχετικά με την αντικατάσταση μποζονίων με φερμιόνια.

υψηλότερη συμμετρία - συμμετρία στην ομαδική ανάλυση.

Η κινοσυμμετρία είναι ένα φαινόμενο ηλεκτρονικής διαμόρφωσης (ο όρος εισήχθη από τον S. A. Shchukarev, ο οποίος τον ανακάλυψε), το οποίο καθορίζει τη δευτερογενή περιοδικότητα (ανακαλύφθηκε από τον E. V. Biron).

13 πρατήριο εισιτηρίων

Ειδική θεωρία της σχετικότητας(ΕΚΑΤΟ; Επίσης ειδική θεωρία της σχετικότητας) - μια θεωρία που περιγράφει την κίνηση, τους νόμους της μηχανικής και τις σχέσεις χωροχρόνου σε αυθαίρετες ταχύτητες κίνησης μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός στο κενό, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που βρίσκονται κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Στο πλαίσιο της ειδικής σχετικότητας, η κλασική Νευτώνεια μηχανική είναι μια προσέγγιση χαμηλής ταχύτητας. Μια γενίκευση του SRT για βαρυτικά πεδία ονομάζεται γενική θεωρία της σχετικότητας.

Οι αποκλίσεις στην πορεία των φυσικών διεργασιών από τις προβλέψεις της κλασικής μηχανικής που περιγράφονται από την ειδική θεωρία της σχετικότητας ονομάζονται σχετικιστικές επιδράσεις, και οι ταχύτητες με τις οποίες αυτές οι επιπτώσεις γίνονται σημαντικές είναι σχετικιστικές ταχύτητες.

14 εισιτήριο ΟΤΟ

Γενική θεωρία της σχετικότητας(GTO;Γερμανός allgemeine Relativitätstheorie) είναι μια γεωμετρική θεωρία της βαρύτητας, που αναπτύσσει την ειδική θεωρία της σχετικότητας (STR), που δημοσιεύτηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915-1916. Στο πλαίσιο της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, όπως και σε άλλες μετρικές θεωρίες, υποτίθεται ότι τα βαρυτικά φαινόμενα προκαλούνται όχι από την αλληλεπίδραση δυνάμεων των σωμάτων και των πεδίων που βρίσκονται στο χωροχρόνο, αλλά από την παραμόρφωση του ίδιου του χωροχρόνου, η οποία συνδέεται, ειδικότερα, με την παρουσία μάζας-ενέργειας. Η γενική σχετικότητα διαφέρει από άλλες μετρικές θεωρίες της βαρύτητας χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις του Αϊνστάιν για να συσχετίσει την καμπυλότητα του χωροχρόνου με την ύλη που υπάρχει σε αυτόν.

Η γενική σχετικότητα είναι αυτή τη στιγμή η πιο επιτυχημένη θεωρία της βαρύτητας, που επιβεβαιώνεται καλά από τις παρατηρήσεις. Η πρώτη επιτυχία της γενικής θεωρίας της σχετικότητας ήταν να εξηγήσει την ανώμαλη μετάπτωση του περιηλίου του Ερμή. Στη συνέχεια, το 1919, ο Arthur Eddington ανέφερε την παρατήρηση του φωτός που κάμπτεται κοντά στον Ήλιο τη στιγμή της ολικής έκλειψης, η οποία επιβεβαίωσε ποιοτικά και ποσοτικά τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας. Έκτοτε, πολλές άλλες παρατηρήσεις και πειράματα έχουν επιβεβαιώσει έναν σημαντικό αριθμό προβλέψεων της θεωρίας, συμπεριλαμβανομένης της βαρυτικής χρονικής διαστολής, της βαρυτικής μετατόπισης στο κόκκινο, της καθυστέρησης σήματος στο βαρυτικό πεδίο και μέχρι στιγμής μόνο έμμεσα, της βαρυτικής ακτινοβολίας. Επιπλέον, πολυάριθμες παρατηρήσεις ερμηνεύονται ως επιβεβαίωση μιας από τις πιο μυστηριώδεις και εξωτικές προβλέψεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας - της ύπαρξης μαύρων τρυπών.

Παρά την εκπληκτική επιτυχία της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, υπάρχει δυσφορία στην επιστημονική κοινότητα, που συνδέεται, πρώτον, με το γεγονός ότι δεν μπορεί να επαναδιατυπωθεί ως το κλασικό όριο της κβαντικής θεωρίας και, δεύτερον, με το γεγονός ότι η ίδια η θεωρία δείχνει τα όρια της εφαρμογής του, αφού προβλέπει την εμφάνιση αμετάκλητων φυσικών αποκλίσεων όταν εξετάζονται οι μαύρες τρύπες και γενικά οι χωροχρονικές ιδιομορφίες. Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, έχουν προταθεί διάφορες εναλλακτικές θεωρίες, μερικές από τις οποίες είναι επίσης κβαντικές. Ωστόσο, τα σύγχρονα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι κάθε τύπος απόκλισης από τη γενική σχετικότητα θα πρέπει να είναι πολύ μικρή, αν υπάρχει καθόλου.

15 εισιτήριο ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ HUBBLE

Διαστολή του Σύμπαντος- ένα φαινόμενο που αποτελείται από μια σχεδόν ομοιόμορφη και ισότροπη διαστολή του εξωτερικού χώρου στην κλίμακα ολόκληρου του Σύμπαντος. Πειραματικά, η διαστολή του Σύμπαντος παρατηρείται με τη μορφή της εκπλήρωσης του νόμου του Χαμπλ. Η επιστήμη θεωρεί ότι η λεγόμενη Μεγάλη Έκρηξη είναι η αρχή της διαστολής του Σύμπαντος. Θεωρητικά, το φαινόμενο προβλέφθηκε και τεκμηριώθηκε από τον Α. Ο Friedman σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης της γενικής θεωρίας της σχετικότητας από γενικές φιλοσοφικές εκτιμήσεις σχετικά με την ομοιογένεια και την ισοτροπία του Σύμπαντος.

Νόμος του Χαμπλ(νόμος της καθολικής ύφεσης των γαλαξιών) - ένας εμπειρικός νόμος που συσχετίζει την ερυθρή μετατόπιση ενός γαλαξία και την απόστασή του από αυτούς με γραμμικό τρόπο:

Οπου z- μετατόπιση του γαλαξία στο κόκκινο, ρε- απόσταση από αυτό, HΤο 0 είναι ένας συντελεστής αναλογικότητας που ονομάζεται σταθερά Hubble. Σε χαμηλή τιμή zικανοποιείται η κατά προσέγγιση ισότητα cz=V r, Οπου V rείναι η ταχύτητα του γαλαξία κατά μήκος της οπτικής γραμμής του παρατηρητή, ντο- ταχύτητα του φωτός. Στην περίπτωση αυτή, ο νόμος παίρνει την κλασική μορφή:

Αυτή η ηλικία είναι ο χαρακτηριστικός χρόνος διαστολής του Σύμπαντος αυτή τη στιγμή και, μέχρι συντελεστή 2, αντιστοιχεί στην ηλικία του Σύμπαντος που υπολογίζεται χρησιμοποιώντας το τυπικό κοσμολογικό μοντέλο Friedmann.

16 εισιτήριο FRIEDMAN MODEL

Σύμπαν του Φρίντμαν(Μέτρηση Friedman-Lemaître-Robertson-Walker) είναι ένα από τα κοσμολογικά μοντέλα που ικανοποιούν τις εξισώσεις πεδίου της γενικής σχετικότητας, το πρώτο από τα μη ακίνητα μοντέλα του Σύμπαντος. Αποκτήθηκε από τον Alexander Friedman το 1922. Το μοντέλο Friedman περιγράφει ένα ομοιογενές ισότροπο μη στάσιμοςΈνα σύμπαν με ύλη που έχει θετική, μηδενική ή αρνητική σταθερή καμπυλότητα. Αυτή η εργασία του επιστήμονα έγινε η κύρια θεωρητική εξέλιξη της γενικής σχετικότητας μετά το έργο του Αϊνστάιν το 1915-1917.

βαρυτική μοναδικότητα- μια περιοχή του χωροχρόνου μέσω της οποίας είναι αδύνατη η επέκταση μιας γεωδαισιακής γραμμής. Συχνά σε αυτό η καμπυλότητα του χωροχρονικού συνεχούς μετατρέπεται στο άπειρο ή η μετρική έχει άλλες παθολογικές ιδιότητες που δεν επιτρέπουν φυσική ερμηνεία (για παράδειγμα, κοσμολογική ιδιομορφία- η κατάσταση του Σύμπαντος την αρχική στιγμή του Big Bang, που χαρακτηρίζεται από άπειρη πυκνότητα και θερμοκρασία της ύλης).

17 εισιτήριο BIG BANG ΘΕΩΡΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ CMB

Ακτινοβολία CMB(ή κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρουΑγγλικά κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου) - κοσμική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με υψηλό βαθμό ισοτροπίας και χαρακτηριστικό φάσματος ενός απόλυτα μαύρου σώματος με θερμοκρασία 2,725 Κ.

Η ύπαρξη κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου είχε προβλεφθεί θεωρητικά στο πλαίσιο της θεωρίας του Big Bang. Αν και πολλές πτυχές της αρχικής θεωρίας του Big Bang έχουν τώρα αναθεωρηθεί, οι θεμελιώδεις αρχές που κατέστησαν δυνατή την πρόβλεψη της θερμοκρασίας της ακτινοβολίας των λειψάνων παρέμειναν αμετάβλητες. Πιστεύεται ότι η υπολειμματική ακτινοβολία έχει διατηρηθεί από τα αρχικά στάδια της ύπαρξης του Σύμπαντος και το γεμίζει ομοιόμορφα. Η ύπαρξή του επιβεβαιώθηκε πειραματικά το 1965. Μαζί με την κοσμολογική ερυθρή μετατόπιση, η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων θεωρείται ως μία από τις κύριες επιβεβαιώσεις της θεωρίας του Big Bang

Μεγάλη έκρηξη(Αγγλικά) Μεγάλη έκρηξη) είναι ένα κοσμολογικό μοντέλο που περιγράφει την πρώιμη ανάπτυξη του Σύμπαντος, δηλαδή, την αρχή της διαστολής του Σύμπαντος, πριν από την οποία το Σύμπαν βρισκόταν σε μοναδική κατάσταση.

Συνήθως τώρα συνδυάζουμε αυτόματα τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης και το μοντέλο του θερμού Σύμπαντος, αλλά αυτές οι έννοιες είναι ανεξάρτητες και ιστορικά υπήρχε επίσης μια ιδέα ενός ψυχρού αρχικού Σύμπαντος κοντά στη Μεγάλη Έκρηξη. Είναι ο συνδυασμός της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης με τη θεωρία ενός θερμού Σύμπαντος, που υποστηρίζεται από την ύπαρξη κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων, που εξετάζεται περαιτέρω.

18 εισιτήριο SPACE VACUUM

Κενό(λάτ. κενό- κενό) - χώρος χωρίς ύλη. Στη μηχανική και στην εφαρμοσμένη φυσική, το κενό νοείται ως ένα μέσο που περιέχει αέριο σε πιέσεις σημαντικά χαμηλότερες από την ατμοσφαιρική. Το κενό χαρακτηρίζεται από τη σχέση μεταξύ του μήκους ελεύθερης διαδρομής των μορίων αερίου λ και του χαρακτηριστικού μεγέθους του μέσου ρε. Κάτω από ρεμπορεί να ληφθεί η απόσταση μεταξύ των τοιχωμάτων του θαλάμου κενού, η διάμετρος του αγωγού κενού κ.λπ.. Ανάλογα με την τιμή του λόγου λ/ ρεΥπάρχουν χαμηλό (), μεσαίο () και υψηλό () κενό.

Είναι απαραίτητο να γίνει διάκριση μεταξύ των εννοιών φυσικό κενόΚαι τεχνικό κενό.

19 εισιτήριο ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ

Κβαντική μηχανική- ένα τμήμα της θεωρητικής φυσικής που περιγράφει φυσικά φαινόμενα στα οποία η δράση είναι συγκρίσιμη σε μέγεθος με τη σταθερά του Planck. Οι προβλέψεις της κβαντικής μηχανικής μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από τις προβλέψεις της κλασικής μηχανικής. Επειδή η σταθερά του Planck είναι μια εξαιρετικά μικρή τιμή σε σύγκριση με τις επιδράσεις των καθημερινών αντικειμένων, τα κβαντικά φαινόμενα εμφανίζονται γενικά μόνο σε μικροσκοπικές κλίμακες. Εάν η φυσική δράση του συστήματος είναι πολύ μεγαλύτερη από τη σταθερά του Planck, η κβαντική μηχανική μετατρέπεται οργανικά σε κλασική μηχανική. Με τη σειρά της, η κβαντομηχανική είναι μια μη σχετικιστική προσέγγιση (δηλαδή, μια προσέγγιση χαμηλών ενεργειών σε σύγκριση με την ενέργεια ηρεμίας των σωματιδίων μάζας του συστήματος) της θεωρίας του κβαντικού πεδίου.

Η κλασική μηχανική, η οποία περιγράφει καλά συστήματα σε μακροσκοπική κλίμακα, δεν είναι ικανή να περιγράψει φαινόμενα σε επίπεδο ατόμων, μορίων και ηλεκτρονίων-βιφωτονίων. Η κβαντομηχανική περιγράφει επαρκώς τις βασικές ιδιότητες και τη συμπεριφορά των ατόμων, των ιόντων, των μορίων, της συμπυκνωμένης ύλης και άλλων συστημάτων με δομή ηλεκτρονίου-πυρήνα. Η κβαντομηχανική είναι επίσης ικανή να περιγράψει τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων, των φωτονίων και άλλων στοιχειωδών σωματιδίων, αλλά μια πιο ακριβής σχετικιστικά αμετάβλητη περιγραφή των μετασχηματισμών των στοιχειωδών σωματιδίων κατασκευάζεται στο πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας πεδίου. Τα πειράματα επιβεβαιώνουν τα αποτελέσματα που προέκυψαν χρησιμοποιώντας την κβαντική μηχανική.

Οι κύριες έννοιες της κβαντικής κινηματικής είναι οι έννοιες του παρατηρήσιμου και της κατάστασης.

Οι βασικές εξισώσεις της κβαντικής δυναμικής είναι η εξίσωση Schrödinger, η εξίσωση von Neumann, η εξίσωση Lindblad, η εξίσωση Heisenberg και η εξίσωση Pauli.

Οι εξισώσεις της κβαντικής μηχανικής σχετίζονται στενά με πολλούς κλάδους των μαθηματικών, όπως: θεωρία τελεστών, θεωρία πιθανοτήτων, συναρτησιακή ανάλυση, άλγεβρες τελεστών, θεωρία ομάδων.

Απόλυτα μαύρο σώμα- μια φυσική εξιδανίκευση που χρησιμοποιείται στη θερμοδυναμική, ένα σώμα που απορροφά όλη την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προσπίπτει σε αυτό σε όλες τις περιοχές και δεν αντανακλά τίποτα. Παρά το όνομα, ένα μαύρο σώμα μπορεί να εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία οποιασδήποτε συχνότητας και οπτικά να έχει χρώμα.Το φάσμα ακτινοβολίας ενός μαύρου σώματος καθορίζεται μόνο από τη θερμοκρασία του.

Η σημασία ενός απολύτως μαύρου σώματος στο ζήτημα του φάσματος της θερμικής ακτινοβολίας οποιωνδήποτε (γκρίζων και έγχρωμων) σωμάτων γενικά, πέρα ​​από το γεγονός ότι αντιπροσωπεύει την απλούστερη μη τετριμμένη περίπτωση, έγκειται επίσης στο γεγονός ότι το ερώτημα του φάσματος της ισορροπίας της θερμικής ακτινοβολίας σωμάτων οποιουδήποτε χρώματος και συντελεστή ανάκλασης μειώνεται με τις μεθόδους της κλασικής θερμοδυναμικής στο ζήτημα της ακτινοβολίας ενός απολύτως μαύρου σώματος (και ιστορικά αυτό είχε γίνει ήδη από τα τέλη του 19ου αιώνα, όταν το πρόβλημα της ακτινοβολίας ενός απόλυτα μαύρου σώματος ήρθε στο προσκήνιο).

Οι πιο μαύρες πραγματικές ουσίες, για παράδειγμα, η αιθάλη, απορροφούν έως και το 99% της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (δηλαδή έχουν albedo 0,01) στην περιοχή ορατού μήκους κύματος, αλλά απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία πολύ χειρότερα. Μεταξύ των σωμάτων του Ηλιακού συστήματος, ο Ήλιος έχει τις ιδιότητες ενός απολύτως μαύρου σώματος στο μεγαλύτερο βαθμό.

Ο όρος εισήχθη από τον Gustav Kirchhoff το 1862.

20 εισιτήριο ΑΡΧΕΣ ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ

Όλα τα προβλήματα της σύγχρονης φυσικής μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: προβλήματα κλασικής φυσικής και προβλήματα κβαντικής φυσικής Όταν μελετά κανείς τις ιδιότητες των συνηθισμένων μακροσκοπικών σωμάτων, σχεδόν ποτέ δεν συναντά κβαντικά προβλήματα, επειδή οι κβαντικές ιδιότητες γίνονται αισθητές μόνο στον μικρόκοσμο. Επομένως, η φυσική του 19ου αιώνα, που μελετούσε μόνο μακροσκοπικά σώματα, αγνοούσε εντελώς τις κβαντικές διεργασίες. Αυτή είναι η κλασική φυσική. Είναι χαρακτηριστικό της κλασικής φυσικής ότι δεν λαμβάνει υπόψη την ατομική δομή της ύλης. Σήμερα, η ανάπτυξη της πειραματικής τεχνολογίας έχει επεκτείνει τόσο ευρέως τα όρια της γνωριμίας μας με τη φύση που τώρα γνωρίζουμε, και με μεγάλη λεπτομέρεια, τις ακριβείς λεπτομέρειες μεμονωμένων ατόμων και μορίων. Η σύγχρονη φυσική μελετά την ατομική δομή της ύλης και, ως εκ τούτου, τις αρχές της παλιάς κλασικής φυσικής του 19ου αιώνα. έπρεπε να αλλάξει σύμφωνα με νέα δεδομένα και να αλλάξει ριζικά. Αυτή η αλλαγή στις αρχές είναι η μετάβαση στην κβαντική φυσική

21 εισιτήρια WAVE PARTICULAR DUALism

Δυαλισμός σωματιδίων-κύματος- η αρχή σύμφωνα με την οποία οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να εμφανίσει ιδιότητες τόσο κυμάτων όσο και σωματιδίων. Εισήχθη κατά την ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής για την ερμηνεία φαινομένων που παρατηρούνται στον μικρόκοσμο από την άποψη των κλασικών εννοιών. Μια περαιτέρω ανάπτυξη της αρχής της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου ήταν η έννοια των κβαντισμένων πεδίων στην κβαντική θεωρία πεδίων.

Ως κλασικό παράδειγμα, το φως μπορεί να ερμηνευθεί ως ένα ρεύμα σωματιδίων (φωτόνια), τα οποία σε πολλά φυσικά φαινόμενα παρουσιάζουν τις ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Το φως παρουσιάζει κυματικές ιδιότητες στα φαινόμενα περίθλασης και παρεμβολής σε κλίμακες συγκρίσιμες με το μήκος κύματος του φωτός. Για παράδειγμα, ακόμη και μονόκλινοΤα φωτόνια που περνούν μέσα από τη διπλή σχισμή δημιουργούν ένα μοτίβο παρεμβολής στην οθόνη, που καθορίζεται από τις εξισώσεις του Maxwell.

Ωστόσο, το πείραμα δείχνει ότι ένα φωτόνιο δεν είναι ένας σύντομος παλμός ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας· για παράδειγμα, δεν μπορεί να χωριστεί σε πολλές δέσμες με οπτικούς διαχωριστές δέσμης, όπως φάνηκε ξεκάθαρα από ένα πείραμα που διεξήχθη από τους Γάλλους φυσικούς Grangier, Roger και Aspe το 1986. . Οι σωματικές ιδιότητες του φωτός εκδηλώνονται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και στο φαινόμενο Compton. Το φωτόνιο συμπεριφέρεται επίσης σαν ένα σωματίδιο που εκπέμπεται ή απορροφάται εξ ολοκλήρου από αντικείμενα των οποίων οι διαστάσεις είναι πολύ μικρότερες από το μήκος κύματός του (για παράδειγμα, ατομικοί πυρήνες), ή μπορεί γενικά να θεωρηθεί σαν σημείο (για παράδειγμα, ένα ηλεκτρόνιο).

Προς το παρόν, η έννοια της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου έχει μόνο ιστορικό ενδιαφέρον, καθώς χρησίμευε μόνο ως ερμηνεία, ένας τρόπος να περιγραφεί η συμπεριφορά των κβαντικών αντικειμένων, επιλέγοντας αναλογίες για αυτήν από την κλασική φυσική. Στην πραγματικότητα, τα κβαντικά αντικείμενα δεν είναι ούτε κλασικά κύματα ούτε κλασικά σωματίδια, αποκτώντας τις ιδιότητες του πρώτου ή του δεύτερου μόνο σε κάποια προσέγγιση. Μεθοδολογικά πιο σωστή είναι η διατύπωση της κβαντικής θεωρίας μέσω ολοκληρωμάτων μονοπατιών (διαδότης), απαλλαγμένη από τη χρήση κλασικών εννοιών.

22 εισιτήριο ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ.ΜΟΝΤΕΛΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ

Το ατομικό μοντέλο του Thomson(μοντέλο "Pudding with raisins", αγγλικά. Μοντέλο πουτίγκας δαμάσκηνου).J. Ο J. Thomson πρότεινε να θεωρηθεί το άτομο ως κάποιο θετικά φορτισμένο σώμα με ηλεκτρόνια κλεισμένα μέσα του. Τελικά διαψεύστηκε από τον Ράδερφορντ μετά το διάσημο πείραμά του για τη σκέδαση των σωματιδίων άλφα.

Το πρώιμο πλανητικό ατομικό μοντέλο της Nagaoka. Το 1904, ο Ιάπωνας φυσικός Hantaro Nagaoka πρότεινε ένα μοντέλο του ατόμου, που κατασκευάστηκε κατ' αναλογία με τον πλανήτη Κρόνο. Σε αυτό το μοντέλο, τα ηλεκτρόνια, ενωμένα σε δακτυλίους, περιστρέφονταν σε τροχιές γύρω από έναν μικρό θετικό πυρήνα. Το μοντέλο αποδείχθηκε λάθος.

Πλανητικό μοντέλο του ατόμου Bohr-Rutherford. Το 1911, ο Ernest Rutherford, μετά από μια σειρά πειραμάτων, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το άτομο είναι ένα είδος πλανητικού συστήματος στο οποίο τα ηλεκτρόνια κινούνται σε τροχιές γύρω από έναν βαρύ, θετικά φορτισμένο πυρήνα που βρίσκεται στο κέντρο του ατόμου («άτομο του Rutherford μοντέλο"). Ωστόσο, μια τέτοια περιγραφή του ατόμου ήρθε σε σύγκρουση με την κλασική ηλεκτροδυναμική. Το γεγονός είναι ότι, σύμφωνα με την κλασική ηλεκτροδυναμική, ένα ηλεκτρόνιο, όταν κινείται με γρήγορη επιτάχυνση, πρέπει να εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα και, ως εκ τούτου, να χάνει ενέργεια. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι ο χρόνος που χρειάζεται για ένα ηλεκτρόνιο σε ένα τέτοιο άτομο να πέσει στον πυρήνα είναι απολύτως ασήμαντο. Για να εξηγήσει τη σταθερότητα των ατόμων, ο Niels Bohr έπρεπε να εισαγάγει αξιώματα, τα οποία συνοψίζονται στο γεγονός ότι ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο, που βρίσκεται σε ορισμένες ειδικές ενεργειακές καταστάσεις, δεν εκπέμπει ενέργεια («Μοντέλο του ατόμου Bohr-Rutherford»). Τα αξιώματα του Bohr έδειξαν ότι η κλασική μηχανική δεν μπορεί να εφαρμοστεί για να περιγράψει το άτομο. Περαιτέρω μελέτη της ατομικής ακτινοβολίας οδήγησε στη δημιουργία της κβαντικής μηχανικής, η οποία κατέστησε δυνατή την εξήγηση της συντριπτικής πλειοψηφίας των παρατηρηθέντων γεγονότων.

Ατομο(αναλυτικά ελληνικά: ἄτομος - αδιαίρετο) - το μικρότερο χημικά αδιαίρετο μέρος ενός χημικού στοιχείου, που είναι ο φορέας των ιδιοτήτων του. Ένα άτομο αποτελείται από έναν ατομικό πυρήνα και ηλεκτρόνια. Ο πυρήνας ενός ατόμου αποτελείται από θετικά φορτισμένα πρωτόνια και αφόρτιστα νετρόνια. Εάν ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα συμπίπτει με τον αριθμό των ηλεκτρονίων, τότε το άτομο ως σύνολο αποδεικνύεται ηλεκτρικά ουδέτερο. Διαφορετικά, έχει κάποιο θετικό ή αρνητικό φορτίο και ονομάζεται ιόν. Τα άτομα ταξινομούνται ανάλογα με τον αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα: ο αριθμός των πρωτονίων καθορίζει εάν το άτομο ανήκει σε ένα συγκεκριμένο χημικό στοιχείο και ο αριθμός των νετρονίων καθορίζει το ισότοπο αυτού του στοιχείου.

Άτομα διαφορετικών τύπων σε διαφορετικές ποσότητες, συνδεδεμένα με διατομικούς δεσμούς, σχηματίζουν μόρια.

Εισιτήριο 23 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ

Θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις- ποιοτικά διαφορετικοί τύποι αλληλεπίδρασης μεταξύ στοιχειωδών σωματιδίων και σωμάτων που αποτελούνται από αυτά.

Σήμερα, η ύπαρξη τεσσάρων θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων είναι αξιόπιστα γνωστή:

βαρυτική

ηλεκτρομαγνητικός

ισχυρός

αδύναμος

Ταυτόχρονα, οι ηλεκτρομαγνητικές και οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις είναι εκδηλώσεις ενός ενιαίου ηλεκτροαδύναμη αλληλεπίδραση.

Οι έρευνες βρίσκονται σε εξέλιξη για άλλους τύπους θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων, τόσο σε φαινόμενα του μικροκόσμου όσο και σε κοσμικές κλίμακες, αλλά μέχρι στιγμής δεν έχει ανακαλυφθεί άλλος τύπος θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων.

Στη φυσική, η μηχανική ενέργεια χωρίζεται σε δύο τύπους - δυναμική κινητική ενέργεια. Ο λόγος για την αλλαγή στην κίνηση των σωμάτων (μεταβολές στην κινητική ενέργεια) είναι η δύναμη (δυναμική ενέργεια) (βλ. δεύτερο νόμο του Νεύτωνα) Εξερευνώντας τον κόσμο γύρω μας, μπορούμε να παρατηρήσουμε πολλές διαφορετικές δυνάμεις: βαρύτητα, τάση νήματος, δύναμη συμπίεσης ελατηρίου , δύναμη σύγκρουσης σωμάτων, δύναμη τριβής, δύναμη αντίστασης αέρα, δύναμη έκρηξης, κ.λπ. Ωστόσο, όταν αποσαφηνίστηκε η ατομική δομή της ύλης, έγινε σαφές ότι όλη η ποικιλία αυτών των δυνάμεων είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των ατόμων μεταξύ τους . Δεδομένου ότι ο κύριος τύπος διατομικής αλληλεπίδρασης είναι ηλεκτρομαγνητική, αποδεικνύεται ότι οι περισσότερες από αυτές τις δυνάμεις είναι απλώς διάφορες εκδηλώσεις ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης. Μία από τις εξαιρέσεις είναι, για παράδειγμα, η δύναμη της βαρύτητας, η αιτία της οποίας είναι η βαρυτική αλληλεπίδραση μεταξύ των σωμάτων με τη μάζα.

24 εισιτήριο ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΚΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΚΑΙ ΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥΣ

Στοιχειώδες σωματίδιο- ένας συλλογικός όρος που αναφέρεται σε μικροαντικείμενα σε υποπυρηνική κλίμακα που δεν μπορούν να αναλυθούν στα συστατικά μέρη τους.

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ορισμένα στοιχειώδη σωματίδια (ηλεκτρόνιο, φωτόνιο, κουάρκ κ.λπ.) θεωρούνται επί του παρόντος χωρίς δομή και θεωρούνται πρωτεύοντα θεμελιωδών σωματιδίων. Άλλα στοιχειώδη σωματίδια (τα λεγόμενα σύνθετα σωματίδια-πρωτόνιο, νετρόνια κ.λπ.) έχουν πολύπλοκη εσωτερική δομή, αλλά, παρόλα αυτά, σύμφωνα με τις σύγχρονες έννοιες, είναι αδύνατο να διαχωριστούν σε μέρη (βλ. Περιορισμός).

Η δομή και η συμπεριφορά των στοιχειωδών σωματιδίων μελετάται από τη σωματιδιακή φυσική.

Κύριο άρθρο:Κουάρκ

Τα κουάρκ και τα αντικουάρκ δεν έχουν ανακαλυφθεί ποτέ σε ελεύθερη κατάσταση - αυτό εξηγείται από το φαινόμενο του εγκλεισμού. Με βάση τη συμμετρία μεταξύ λεπτονίων και κουάρκ που εκδηλώνεται στην ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση, διατυπώνονται υποθέσεις ότι αυτά τα σωματίδια αποτελούνται από πιο θεμελιώδη σωματίδια - πρεόνια.

25 εισιτήριο ΕΝΝΟΙΑ ΔΙΚΑΛΥΨΗΣ.ΣΗΜΕΙΟ ΔΙΚΑΛΥΨΗΣ

Διχοτόμηση είναι η απόκτηση μιας νέας ποιότητας στις κινήσεις ενός δυναμικού συστήματος με μια μικρή αλλαγή στις παραμέτρους του.

Η κεντρική έννοια της θεωρίας διακλάδωσης είναι η έννοια του (μη) τραχιού συστήματος (βλ. παρακάτω). Παίρνουμε οποιοδήποτε δυναμικό σύστημα και θεωρούμε μια τέτοια οικογένεια (πολλαπλών) παραμέτρων δυναμικών συστημάτων που το αρχικό σύστημα λαμβάνεται ως ειδική περίπτωση - για οποιαδήποτε τιμή της παραμέτρου (παραμέτρων). Εάν, με τιμές παραμέτρων αρκετά κοντά στη δεδομένη, διατηρείται μια ποιοτική εικόνα της διαίρεσης του χώρου φάσης σε τροχιές, τότε ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται τραχύς. Διαφορετικά, αν δεν υπάρχει τέτοια γειτονιά, τότε καλείται το σύστημα όχι τραχύ.

Έτσι, στον χώρο των παραμέτρων προκύπτουν περιοχές ακατέργαστων συστημάτων, οι οποίες διαχωρίζονται από επιφάνειες που αποτελούνται από μη τραχιά συστήματα. Η θεωρία των διακλαδώσεων μελετά την εξάρτηση μιας ποιοτικής εικόνας από μια συνεχή αλλαγή μιας παραμέτρου κατά μήκος μιας ορισμένης καμπύλης. Το σχήμα με το οποίο αλλάζει η ποιοτική εικόνα ονομάζεται διάγραμμα διακλάδωσης.

Οι κύριες μέθοδοι της θεωρίας των διακλαδώσεων είναι οι μέθοδοι της θεωρίας των διαταραχών. Ειδικότερα, ισχύει μέθοδος μικρής παραμέτρου(Ποντρυαγίνα).

Σημείο διακλάδωσης- αλλαγή του καθιερωμένου τρόπου λειτουργίας του συστήματος. Ένας όρος από θερμοδυναμική και συνεργεία μη ισορροπίας.

Σημείο διακλάδωσης- μια κρίσιμη κατάσταση του συστήματος, στην οποία το σύστημα γίνεται ασταθές σε σχέση με τις διακυμάνσεις και δημιουργείται αβεβαιότητα: εάν η κατάσταση του συστήματος θα γίνει χαοτική ή αν θα μετακινηθεί σε ένα νέο, πιο διαφοροποιημένο και υψηλό επίπεδο τάξης. Ένας όρος από τη θεωρία της αυτοοργάνωσης.

26 εισιτήριο SYNERGETICS – Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΑΝΟΙΚΤΩΝ ΑΥΤΟΟΡΓΑΝΩΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Συνεργητικά(αρχαία ελληνικά συν - πρόθεμα με την έννοια της συμβατότητας και ἔργον - «δραστηριότητα») είναι ένας διεπιστημονικός τομέας επιστημονικής έρευνας, σκοπός του οποίου είναι η μελέτη φυσικών φαινομένων και διαδικασιών με βάση τις αρχές της αυτοοργάνωσης συστημάτων (που αποτελείται από υποσυστήματα). «...Επιστήμη που μελετά τις διαδικασίες αυτοοργάνωσης και την ανάδυση, διατήρηση, σταθερότητα και αποσύνθεση δομών της πιο ποικίλης φύσης...».

Η συνέργεια αρχικά δηλώθηκε ως διεπιστημονική προσέγγιση, καθώς οι αρχές που διέπουν τις διαδικασίες αυτοοργάνωσης φαίνεται να είναι οι ίδιες (ανεξάρτητα από τη φύση των συστημάτων) και μια γενική μαθηματική συσκευή θα πρέπει να είναι κατάλληλη για την περιγραφή τους.

Από ιδεολογική άποψη, η συνεργεία τοποθετείται μερικές φορές ως «παγκόσμια εξελικτικότητα» ή «καθολική θεωρία της εξέλιξης», η οποία παρέχει μια ενιαία βάση για την περιγραφή των μηχανισμών εμφάνισης οποιωνδήποτε καινοτομιών, όπως η κυβερνητική κάποτε ορίστηκε ως «καθολική θεωρία ελέγχου», εξίσου κατάλληλη για την περιγραφή οποιωνδήποτε λειτουργιών ρύθμισης και βελτιστοποίησης: στη φύση, στην τεχνολογία, στην κοινωνία, κ.λπ., κ.λπ. Ωστόσο, ο χρόνος έδειξε ότι η γενική κυβερνητική προσέγγιση δεν έχει δικαιώσει όλες τις ελπίδες που τίθενται σε αυτήν. Ομοίως, επικρίνεται μια ευρεία ερμηνεία της δυνατότητας εφαρμογής των μεθόδων συνεργίας.

Η βασική έννοια των συνεργειών είναι ο ορισμός της δομής ως κατάσταση, που προκύπτει ως αποτέλεσμα της πολυμεταβλητής και διφορούμενης συμπεριφοράς τέτοιων πολυστοιχειακών δομών ή περιβαλλόντων πολλαπλών παραγόντων που δεν υποβαθμίζονται στον θερμοδυναμικό τύπο του προτύπου μέσης τιμής για κλειστά συστήματα, αλλά αναπτύσσονται λόγω του ανοίγματος, της εισροής ενέργειας από το εξωτερικό , η μη γραμμικότητα των εσωτερικών διεργασιών, η εμφάνιση ειδικών καθεστώτων με έξαρση της παρουσίας περισσότερων της μιας σταθερών καταστάσεων. Στα υποδεικνυόμενα συστήματα, δεν ισχύει ούτε ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος ούτε το θεώρημα του Prigogine για τον ελάχιστο ρυθμό παραγωγής εντροπίας, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό νέων δομών και συστημάτων, συμπεριλαμβανομένων αυτών που είναι πιο περίπλοκα από τα αρχικά.

Αυτό το φαινόμενο ερμηνεύεται από τη συνεργεία ως ένας παγκόσμιος μηχανισμός της κατεύθυνσης της εξέλιξης που παρατηρείται παντού στη φύση: από στοιχειώδες και πρωτόγονο έως πολύπλοκο και πιο τέλειο.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο σχηματισμός νέων δομών έχει κανονικό, κυματικό χαρακτήρα, και στη συνέχεια ονομάζονται διεργασίες αυτοκυμάτων (κατ' αναλογία με τις αυτοταλαντώσεις).

27 εισιτήριο Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗΣ ΤΗΣ ΖΩΗΣ

ΖΩΗ- μια ενεργή μορφή ύπαρξης μιας ουσίας, κατά μια έννοια ανώτερη από τις φυσικές και χημικές μορφές ύπαρξής της· ένα σύνολο φυσικών και χημικών διεργασιών που συμβαίνουν σε ένα κύτταρο, επιτρέποντας την ανταλλαγή της ύλης και τη διαίρεση της. Το κύριο χαρακτηριστικό της ζωντανής ύλης είναι η γενετική πληροφορία που χρησιμοποιείται για αντιγραφή. Η έννοια της «ζωής» μπορεί να οριστεί λίγο πολύ με ακρίβεια μόνο με την απαρίθμηση των ιδιοτήτων που τη διακρίνουν από τη μη ζωή. Η ζωή δεν υπάρχει έξω από το κύτταρο· οι ιοί εμφανίζουν τις ιδιότητες της ζωντανής ύλης μόνο μετά τη μεταφορά του γενετικού υλικού στο κύτταρο. πηγή δεν προσδιορίζεται 268 ημέρες] . Με την προσαρμογή στο περιβάλλον του, ένα ζωντανό κύτταρο σχηματίζει ολόκληρη την ποικιλομορφία των ζωντανών οργανισμών.

Επίσης, η λέξη «ζωή» αναφέρεται στην περίοδο ύπαρξης ενός μεμονωμένου οργανισμού από τη στιγμή της γέννησής του έως τον θάνατό του (οντογένεση).

Το 1860, ο Γάλλος χημικός Λουί Παστέρ ασχολήθηκε με το πρόβλημα της προέλευσης της ζωής. Μέσω των πειραμάτων του, απέδειξε ότι τα βακτήρια είναι πανταχού παρόντα και ότι τα μη ζωντανά υλικά μπορούν εύκολα να μολυνθούν από ζωντανά πράγματα, εάν δεν αποστειρωθούν σωστά. Ο επιστήμονας έβρασε διάφορα μέσα σε νερό στο οποίο μπορούσαν να σχηματιστούν μικροοργανισμοί. Με επιπλέον βρασμό, οι μικροοργανισμοί και τα σπόρια τους πέθαναν. Ο Παστέρ προσάρτησε μια σφραγισμένη φιάλη με ελεύθερο άκρο σε ένα σωλήνα σχήματος S. Τα σπόρια μικροοργανισμών εγκαταστάθηκαν στον κυρτό σωλήνα και δεν μπορούσαν να διεισδύσουν στο θρεπτικό μέσο. Ένα καλά βρασμένο θρεπτικό μέσο παρέμεινε στείρο· η προέλευση της ζωής δεν ανιχνεύθηκε σε αυτό, παρά το γεγονός ότι παρέχεται πρόσβαση στον αέρα.

Ως αποτέλεσμα μιας σειράς πειραμάτων, ο Παστέρ απέδειξε την εγκυρότητα της θεωρίας της βιογένεσης και τελικά διέψευσε τη θεωρία της αυθόρμητης δημιουργίας.

28 εισιτήριο THE CONCEPT OF THE ORIGIN OF OPARIN’S LIFE