INTRODUCCIÓN

La física es la ciencia de la naturaleza que estudia las propiedades más generales. mundo material, las formas más generales de movimiento de la materia que subyacen a todos los fenómenos naturales. La física establece las leyes a las que obedecen estos fenómenos.

La física también estudia las propiedades y la estructura de los cuerpos materiales e indica formas de aplicación práctica de las leyes físicas en la tecnología.

De acuerdo con la variedad de formas de la materia y su movimiento, la física se divide en varias secciones: mecánica, termodinámica, electrodinámica, física de vibraciones y ondas, óptica, física del átomo, núcleo y partículas elementales.

En la intersección de la física y otras ciencias naturales surgieron nuevas ciencias: astrofísica, biofísica, geofísica, química física, etc.

La física es bases teóricas tecnología. El desarrollo de la física sirvió de base para la creación de nuevas ramas de la tecnología como la tecnología espacial, la tecnología nuclear, la electrónica cuántica, etc. A su vez, el desarrollo de las ciencias técnicas contribuye a la creación de métodos completamente nuevos de investigación física, que determinar el progreso de la física y las ciencias afines.

FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA MECÁNICA CLÁSICA

I. Mecánica. Conceptos generales

La mecánica es una rama de la física que examina la forma más simple de movimiento de la materia: el movimiento mecánico.

Se entiende por movimiento mecánico un cambio en la posición del cuerpo estudiado en el espacio a lo largo del tiempo en relación con un determinado objetivo o sistema de cuerpos convencionalmente considerados inmóviles. Tal sistema de cuerpos junto con un reloj, para el cual se puede elegir cualquier proceso periódico, se llama sistema de referencia(ENTONCES.). ENTONCES. A menudo se elige por razones de conveniencia.

Para descripción matemática movimiento con S.O. Asocian un sistema de coordenadas, a menudo rectangular.

El cuerpo más simple en mecánica es un punto material. Se trata de un cuerpo cuyas dimensiones pueden despreciarse en las condiciones del presente problema.

Cualquier cuerpo cuyas dimensiones no puedan despreciarse se considera un sistema de puntos materiales.

La mecánica se divide en cinemática, que se ocupa de la descripción geométrica del movimiento sin estudiar sus causas, dinámica, que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos bajo la influencia de fuerzas, y la estática, que estudia las condiciones de equilibrio de los cuerpos.

2. Cinemática de un punto

La cinemática estudia el movimiento espaciotemporal de los cuerpos. Opera con conceptos tales como desplazamiento, trayectoria, tiempo t, velocidad, aceleración.

La línea que describe un punto material durante su movimiento se llama trayectoria. Según la forma de las trayectorias de movimiento, se dividen en rectilíneas y curvilíneas. Vector , conectar los puntos I inicial y 2 final se llama movimiento (Fig. I.I).

Cada momento de tiempo t tiene su propio vector de radio:

Por tanto, el movimiento de un punto puede describirse mediante una función vectorial.

que definimos vector forma de especificar el movimiento, o tres funciones escalares

X= X(t); y= y(t); z= z(t) , (1.2)

que se llaman ecuaciones cinemáticas. Determinan la tarea de movimiento. coordinar forma.

El movimiento de un punto también estará determinado si para cada momento del tiempo se establece la posición del punto en la trayectoria, es decir adiccion

Determina la tarea de movimiento. natural forma.

Cada una de estas fórmulas representa ley movimiento del punto.

3. Velocidad

Si el momento de tiempo t 1 corresponde al vector de radio , y , entonces durante el intervalo el cuerpo recibirá un desplazamiento . En este caso velocidad mediat es la cantidad

que, en relación con la trayectoria, representa una secante que pasa por los puntos I y 2. Velocidad en el instante t se llama vector

De esta definición se deduce que la velocidad en cada punto de la trayectoria se dirige tangencialmente a él. De (1.5) se deduce que las proyecciones y la magnitud del vector velocidad están determinadas por las expresiones:

Si se da la ley del movimiento (1.3), entonces la magnitud del vector velocidad se determinará de la siguiente manera:

Así, conociendo la ley del movimiento (I.I), (1.2), (1.3), se puede calcular el vector y el módulo del doctor de velocidad y, a la inversa, conociendo la velocidad a partir de las fórmulas (1.6), (1.7), se puede calcular las coordenadas y la ruta.

4. Aceleración

Durante el movimiento arbitrario, el vector de velocidad cambia continuamente. La cantidad que caracteriza la tasa de cambio del vector velocidad se llama aceleración.

Si dentro. El momento de tiempo t 1 es la velocidad del punto, y en t 2 - , entonces el incremento de velocidad será (Fig. 1.2). La aceleración promedio en este caso

e instantáneo

Para el módulo de proyección y aceleración tenemos: , (1.10)

Si está configurado Manera natural movimiento, entonces la aceleración se puede determinar de esta manera. La velocidad cambia en magnitud y dirección, el incremento de velocidad se divide en dos cantidades; - dirigido a lo largo (aumento de velocidad en magnitud) y - dirigido perpendicularmente (incremento de velocidad en dirección), es decir = + (Fig. I.З). De (1.9) obtenemos:

La aceleración tangencial (tangencial) caracteriza la tasa de cambio de magnitud (1.13)

normal (aceleración centrípeta) caracteriza la velocidad de cambio de dirección. Calcular a norte considerar

OMN y MPQ bajo la condición de un pequeño movimiento del punto a lo largo de la trayectoria. De la similitud de estos triángulos encontramos PQ:MP=MN:OM:

La aceleración total en este caso se determina de la siguiente manera:

5. Ejemplos

I. Movimiento rectilíneo igualmente variable. Este es un movimiento con aceleración constante() . De (1.8) encontramos

o donde v 0 - velocidad en el momento t 0. Creyendo t 0 = 0, encontramos , y la distancia recorrida S de la fórmula (I.7):

Dónde S 0 es una constante determinada a partir de las condiciones iniciales.

2. Movimiento uniforme alrededor de la circunferencia. En este caso, la velocidad cambia sólo en dirección, es decir, aceleración centrípeta.

I. Conceptos básicos

El movimiento de los cuerpos en el espacio es el resultado de su interacción mecánica entre sí, como resultado de lo cual se produce un cambio en el movimiento de los cuerpos o su deformación. Como medida de la interacción mecánica en dinámica, se introduce una cantidad: la fuerza. Para un cuerpo dado, la fuerza es un factor externo y la naturaleza del movimiento depende de la propiedad del cuerpo mismo: la flexibilidad a la fuerza ejercida sobre él. influencia externa o el grado de inercia del cuerpo. La medida de la inercia de un cuerpo es su masa. t, dependiendo de la cantidad de materia corporal.

Así, los conceptos básicos de la mecánica son: materia en movimiento, espacio y tiempo como formas de existencia de la materia en movimiento, masa como medida de la inercia de los cuerpos, fuerza como medida de la interacción mecánica entre cuerpos. Las relaciones entre estos conceptos están determinadas por. leyes! movimientos que fueron formulados por Newton como una generalización y aclaración de hechos experimentales.

2. Leyes de la mecánica

1ª ley. Todo cuerpo mantiene un estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme mientras las influencias externas no cambien este estado. La primera ley contiene la ley de la inercia, así como la definición de fuerza como una causa que viola el estado de inercia del cuerpo. Para expresarlo matemáticamente, Newton introdujo el concepto de momento o cantidad de movimiento de un cuerpo:

Entonces sí

2da ley. El cambio de impulso es proporcional a la fuerza aplicada y ocurre en la dirección de acción de esta fuerza. Seleccionar unidades de medida metro y para que el coeficiente de proporcionalidad sea igual a uno, obtenemos

si al moverse metro= constante , Eso

En este caso, la segunda ley se formula de la siguiente manera: la fuerza es igual al producto de la masa del cuerpo por su aceleración. Esta ley es la ley básica de la dinámica y nos permite encontrar la ley del movimiento de los cuerpos en función de fuerzas y condiciones iniciales dadas. 3ra ley. Las fuerzas con las que dos cuerpos actúan entre sí son iguales y están dirigidas en lados opuestos, es decir, (2.4)

Las leyes de Newton adquieren un significado específico después de que se indican las fuerzas específicas que actúan sobre el cuerpo. Por ejemplo, a menudo en mecánica el movimiento de los cuerpos es causado por la acción de tales fuerzas: la fuerza gravitacional, donde r es la distancia entre los cuerpos, es la constante gravitacional; gravedad: la fuerza de gravedad cerca de la superficie de la Tierra, PAG= mg; fuerza de fricción, donde base k clásico mecánica Las leyes de Newton mienten. Estudios cinemáticos...

La mecánica es una rama de la física que estudia uno de los aspectos más simples y formas generales movimiento en la naturaleza, llamado movimiento mecánico.

movimiento mecánico Consiste en cambiar la posición de los cuerpos o sus partes entre sí a lo largo del tiempo. Así, el movimiento mecánico lo realizan los planetas que giran en órbitas cerradas alrededor del Sol; diferentes cuerpos, moviéndose a lo largo de la superficie de la Tierra; electrones que se mueven bajo la influencia campo electromagnetico etc. El movimiento mecánico está presente en otros más formas complejas materia como parte integral, pero no exhaustiva.

Dependiendo de la naturaleza de los objetos que se estudian, la mecánica se divide en mecánica. punto material, mecánica sólido y mecánica del continuo.

Los principios de la mecánica fueron formulados por primera vez por I. Newton (1687) basándose en un estudio experimental del movimiento de macrocuerpos con velocidades pequeñas en comparación con la velocidad de la luz en el vacío (3,10 8 m/s).

Macrocuerpos Se denominan cuerpos ordinarios que nos rodean, es decir, cuerpos formados por una gran cantidad de moléculas y átomos.

La mecánica, que estudia el movimiento de macrocuerpos a velocidades mucho más bajas que la velocidad de la luz en el vacío, se llama clásica.

En el núcleo mecanica clasica Mienten las ideas de Newton sobre las propiedades del espacio y el tiempo.

Cualquier proceso fisico fluye en el espacio y el tiempo. Esto se puede ver en el hecho de que en todas las áreas de los fenómenos físicos, cada ley contiene explícita o implícitamente cantidades espacio-temporales: distancias e intervalos de tiempo.

El espacio, que tiene tres dimensiones, obedece a la geometría euclidiana, es decir, es plano.

Las distancias se miden mediante escalas, cuya propiedad principal es que dos escalas que una vez coinciden en longitud siempre permanecen iguales entre sí, es decir, coinciden con cada superposición posterior.

Los intervalos de tiempo se miden en horas, y el papel de este último puede desempeñarlo cualquier sistema que realice un proceso repetitivo.

La característica principal de las ideas de la mecánica clásica sobre los tamaños de los cuerpos y los intervalos de tiempo es su totalidad: la escala siempre tiene la misma longitud, sin importar cómo se mueva con respecto al observador; Dos relojes que tienen la misma velocidad y una vez alineados entre sí muestran la misma hora independientemente de cómo se muevan.

El espacio y el tiempo tienen propiedades notables simetría, imponiendo restricciones a la ocurrencia de ciertos procesos en ellos. Estas propiedades se han establecido experimentalmente y, a primera vista, parecen tan obvias que no parece haber necesidad de aislarlas y abordarlas. Mientras tanto, si no hubiera simetría espacial y temporal, no ciencia física no pudo surgir ni desarrollarse.

Resulta que ese espacio homogéneamente Y isotrópicamente, y tiempo - homogéneamente.

La homogeneidad del espacio consiste en que el mismo fenomeno fisico en las mismas condiciones se realizan de la misma manera varias partes espacio. Por tanto, todos los puntos en el espacio son completamente indistinguibles, iguales en derechos y cualquiera de ellos puede tomarse como origen del sistema de coordenadas. La homogeneidad del espacio se manifiesta en la ley de conservación del impulso..

El espacio también tiene isotropía: las mismas propiedades en todas las direcciones. La isotropía del espacio se manifiesta en la ley de conservación del momento angular..

La homogeneidad del tiempo radica en el hecho de que todos los momentos del tiempo también son iguales, equivalentes, es decir, la ocurrencia de fenómenos idénticos en las mismas condiciones es la misma, independientemente del momento de su implementación y observación.

La uniformidad del tiempo se manifiesta en la ley de conservación de la energía..

Sin estas propiedades de homogeneidad, instalado en Minsk ley fisica Sería injusto en Moscú, y abrir hoy en el mismo lugar podría ser injusto mañana.

La mecánica clásica reconoce la validez de la ley de inercia de Galileo-Newton, según la cual un cuerpo, no sujeto a la influencia de otros cuerpos, se mueve de forma rectilínea y uniforme. Esta ley afirma la existencia de sistemas de referencia inerciales en los que se satisfacen las leyes de Newton (así como el principio de relatividad de Galileo). El principio de relatividad de Galileo establece que todos los sistemas de referencia inerciales son mecánicamente equivalentes entre sí, todas las leyes de la mecánica son las mismas en estos sistemas de referencia o, en otras palabras, son invariantes bajo las transformaciones galileanas, expresando la conexión espacio-temporal de cualquier evento en diferentes sistemas inerciales cuenta regresiva. Las transformaciones de Galileo muestran que las coordenadas de cualquier evento son relativas, es decir, tienen diferentes significados V diferentes sistemas cuenta regresiva; los momentos en el tiempo en que ocurrió el evento son los mismos en diferentes sistemas. Esto último significa que el tiempo fluye de la misma manera en diferentes sistemas de referencia. Esta circunstancia parecía tan obvia que ni siquiera fue enunciada como un postulado especial.

En la mecánica clásica se observa el principio de acción de largo alcance: las interacciones de los cuerpos se propagan instantáneamente, es decir, a una velocidad infinitamente alta.

Dependiendo de las velocidades a las que se mueven los cuerpos y de las dimensiones de los propios cuerpos, la mecánica se divide en clásica, relativista y cuántica.

Como ya se indicó, las leyes mecanica clasica aplicable sólo al movimiento de macrocuerpos, cuya masa es mucho mas masaátomo, con velocidades bajas en comparación con la velocidad de la luz en el vacío.

Mecánica relativista considera el movimiento de macrocuerpos a velocidades cercanas a la velocidad de la luz en el vacío.

Mecánica cuántica- mecánica de micropartículas que se mueven a velocidades mucho más bajas que la velocidad de la luz en el vacío.

Cuántica relativista Mecánica: la mecánica de las micropartículas que se mueven a velocidades cercanas a la velocidad de la luz en el vacío.

Para determinar si una partícula pertenece a las macroscópicas, si fórmulas clásicas, necesitas usar El principio de incertidumbre de Heisenberg. De acuerdo a mecánica cuántica Las partículas reales se pueden caracterizar utilizando la posición y el momento sólo con cierta precisión. El límite de esta precisión se determina de la siguiente manera

Dónde
ΔX - incertidumbre de coordenadas;
ΔP x - incertidumbre de la proyección sobre el eje del momento;
h es la constante de Planck igual a 1,05·10 -34 J·s;
"≥" - mayor que el valor, acerca de...

Reemplazando el momento con el producto de la masa y la velocidad, podemos escribir

De la fórmula se desprende claramente que cuanto menor es la masa de la partícula, menos seguras se vuelven sus coordenadas y su velocidad. Para cuerpos macroscópicos aplicabilidad práctica. manera clásica la descripción del movimiento está fuera de toda duda. Digamos, por ejemplo, que estamos hablando acerca de sobre el movimiento de una pelota con una masa de 1 g. Por lo general, la posición de la pelota se puede determinar prácticamente con una precisión de una décima o una centésima de milímetro. En cualquier caso, no tiene mucho sentido hablar de un error al determinar la posición de una bola más pequeña que el tamaño de un átomo. Por tanto, pongamos ΔX=10 -10 m. Luego, a partir de la relación de incertidumbre encontramos.

La pequeñez simultánea de los valores de ΔX y ΔV x es una prueba de la aplicabilidad práctica del método clásico para describir el movimiento de macrocuerpos.

Consideremos el movimiento de un electrón en un átomo de hidrógeno. La masa del electrón es 9,1·10 -31 kg. El error en la posición del electrón ΔX en cualquier caso no debe exceder el tamaño del átomo, es decir, ΔX<10 -10 м. Но тогда из соотношения неопределенностей получаем

Este valor es incluso mayor que la velocidad de un electrón en un átomo, que es de un orden de magnitud igual a 10 6 m/s. En esta situación, la imagen clásica del movimiento pierde todo significado.

La mecánica se divide en cinemática, estática y dinámica. La cinemática describe el movimiento de los cuerpos sin interesarse por los motivos que determinaron ese movimiento; la estática considera las condiciones de equilibrio de los cuerpos; la dinámica estudia el movimiento de los cuerpos en relación con aquellas razones (interacciones entre cuerpos) que determinan tal o cual naturaleza del movimiento.

Los movimientos reales de los cuerpos son tan complejos que al estudiarlos es necesario abstraerse de detalles que no son importantes para el movimiento en cuestión (de lo contrario, el problema se volvería tan complicado que sería prácticamente imposible resolverlo). Para ello se utilizan conceptos (abstracciones, idealizaciones) cuya aplicabilidad depende de la naturaleza concreta del problema que nos interesa, así como del grado de precisión con el que queremos obtener el resultado. Entre estos conceptos, un papel importante lo juegan los conceptos. punto material, sistema de puntos materiales, cuerpo absolutamente rígido.

Un punto material es un concepto físico con la ayuda del cual se describe el movimiento de traslación de un cuerpo, siempre que sus dimensiones lineales sean pequeñas en comparación con las dimensiones lineales de otros cuerpos dentro de la precisión dada para determinar las coordenadas del cuerpo, y se le atribuye la masa del cuerpo.

En la naturaleza los puntos materiales no existen. Un mismo cuerpo, según las condiciones, puede considerarse como un punto material o como un cuerpo de dimensiones finitas. Por tanto, la Tierra que se mueve alrededor del Sol puede considerarse un punto material. Pero al estudiar la rotación de la Tierra alrededor de su eje, ya no se puede considerar un punto material, ya que la naturaleza de este movimiento está significativamente influenciada por la forma y el tamaño de la Tierra, y el camino recorrido por cualquier punto de la Tierra. superficie en un tiempo igual al período de su revolución alrededor de su eje es comparable con las dimensiones lineales del globo. Un avión puede considerarse como un punto material si estudiamos el movimiento de su centro de masa. Pero si es necesario tener en cuenta la influencia del medio ambiente o determinar las fuerzas en partes individuales del avión, entonces debemos considerar el avión como un cuerpo absolutamente rígido.

Un cuerpo absolutamente rígido es un cuerpo cuyas deformaciones pueden despreciarse en las condiciones de un problema dado.

Un sistema de puntos materiales es una colección de cuerpos considerados que representan puntos materiales.

El estudio del movimiento de un sistema arbitrario de cuerpos se reduce al estudio de un sistema de puntos materiales que interactúan. Es natural, por tanto, comenzar el estudio de la mecánica clásica con la mecánica de un punto material y luego pasar al estudio de un sistema de puntos materiales.

Esta es una rama de la física que estudia el movimiento basándose en las leyes de Newton. La mecánica clásica se divide en:
Los conceptos básicos de la mecánica clásica son los conceptos de fuerza, masa y movimiento. La masa en mecánica clásica se define como una medida de inercia, o la capacidad de un cuerpo para mantener un estado de reposo o movimiento lineal uniforme en ausencia de fuerzas que actúen sobre él. Por otro lado, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo cambian el estado de su movimiento, provocando una aceleración. La interacción de estos dos efectos es el tema principal de la mecánica newtoniana.
Otros conceptos importantes en esta rama de la física son la energía, el momento y el momento angular, que pueden transferirse entre objetos durante la interacción. La energía de un sistema mecánico consiste en sus energías cinética (energía de movimiento) y potencial (dependiendo de la posición del cuerpo en relación con otros cuerpos). Las leyes fundamentales de conservación se aplican a estas cantidades físicas.
Galileo, así como Copérnico y Kepler, sentaron las bases de la mecánica clásica en el estudio de las leyes del movimiento de los cuerpos celestes, y durante mucho tiempo la mecánica y la física se consideraron en el contexto de los eventos astronómicos.
En sus obras, Copérnico señaló que el cálculo de los patrones de movimiento de los cuerpos celestes se puede simplificar significativamente si nos alejamos de los principios establecidos por Aristóteles y consideramos al Sol, y no a la Tierra, como el punto de partida para tales cálculos. es decir. realizar la transición de sistemas geocéntricos a heliocéntricos.
Kepler formalizó aún más las ideas del sistema heliocéntrico en sus tres leyes del movimiento de los cuerpos celestes. En particular, de la segunda ley se deduce que todos los planetas del sistema solar se mueven en órbitas elípticas, con el Sol como uno de sus focos.
La siguiente contribución importante a la fundación de la mecánica clásica la hizo Galileo, quien, explorando las leyes fundamentales del movimiento mecánico de los cuerpos, en particular bajo la influencia de la gravedad, formuló cinco leyes universales del movimiento.
Pero aún así, los laureles del principal fundador de la mecánica clásica pertenecen a Isaac Newton, quien en su obra "Principios matemáticos de la filosofía natural" realizó una síntesis de aquellos conceptos de la física del movimiento mecánico que fueron formulados por sus predecesores. Newton formuló tres leyes fundamentales del movimiento, que recibieron su nombre, así como la ley de la gravitación universal, que puso fin a los estudios de Galileo sobre el fenómeno de la caída libre de los cuerpos. Así, se creó una nueva imagen del mundo de sus leyes básicas para reemplazar la obsoleta aristotélica.
La mecánica clásica proporciona resultados precisos para los sistemas que encontramos en la vida cotidiana. Pero se vuelven incorrectas para sistemas cuya velocidad se acerca a la velocidad de la luz, donde es reemplazada por la mecánica relativista, o para sistemas muy pequeños donde se aplican las leyes de la mecánica cuántica. Para los sistemas que combinan ambas propiedades, en lugar de la mecánica clásica, ambas características se caracterizan por la teoría cuántica de campos. Para sistemas con un gran número de componentes o grados de libertad, la mecánica clásica también puede ser adecuada, pero se utilizan métodos de mecánica estadística.
La mecánica clásica se conserva porque, en primer lugar, es mucho más fácil de utilizar que otras teorías y, en segundo lugar, tiene grandes posibilidades de aproximación y aplicación para una clase muy amplia de objetos físicos, empezando por los habituales, como una peonza o una peonza. una pelota, muchos objetos astronómicos (planetas, galaxias) y muy microscópicos).
Aunque la mecánica clásica es ampliamente compatible con otras teorías clásicas como la electrodinámica y la termodinámica clásicas, existen algunas inconsistencias entre estas teorías que se descubrieron a finales del siglo XIX. Pueden resolverse mediante métodos de la física más moderna. En particular, la electrodinámica clásica predice que la velocidad de la luz es constante, lo que es incompatible con la mecánica clásica y condujo a la creación de la relatividad especial. Los principios de la mecánica clásica se consideran junto con los enunciados de la termodinámica clásica, lo que conduce a la paradoja de Gibbs, según la cual es imposible determinar con precisión el valor de la entropía, y a la catástrofe ultravioleta, en la que un cuerpo completamente negro debe irradiar. una cantidad infinita de energía. La mecánica cuántica fue creada para superar estas inconsistencias.
Los objetos que estudia la mecánica se denominan sistemas mecánicos. La tarea de la mecánica es estudiar las propiedades de los sistemas mecánicos, en particular su evolución en el tiempo.
El aparato matemático básico de la mecánica clásica es el cálculo diferencial e integral, desarrollado específicamente para ello por Newton y Leibniz. En su formulación clásica, la mecánica se basa en las tres leyes de Newton.
La siguiente es una presentación de los conceptos básicos de la mecánica clásica. Por simplicidad, consideraremos sólo el punto material del objeto, cuyas dimensiones pueden despreciarse. El movimiento de un punto material se caracteriza por varios parámetros: su posición, masa y fuerzas que se le aplican.
En realidad, las dimensiones de cada objeto con el que se ocupa la mecánica clásica son distintas de cero. Los puntos materiales, como un electrón, obedecen las leyes de la mecánica cuántica. Los objetos de tamaño distinto de cero pueden experimentar movimientos más complejos, ya que su estado interno puede cambiar, por ejemplo, una bola también puede girar. Sin embargo, para tales cuerpos los resultados se obtienen para puntos materiales, considerándolos como agregados de un gran número de puntos materiales que interactúan. Estos cuerpos complejos se comportan como puntos materiales si son pequeños en la escala del problema considerado.
Vector de radio y sus derivados.
La posición de un objeto puntual material se determina con respecto a un punto fijo en el espacio llamado origen. Puede especificarse mediante las coordenadas de este punto (por ejemplo, en un sistema de coordenadas rectangular) o mediante un vector de radio r, dibujado desde el origen hasta este punto. En realidad, un punto material puede moverse con el tiempo, por lo que el radio vector es generalmente función del tiempo. En la mecánica clásica, a diferencia de la mecánica relativista, se cree que el flujo del tiempo es el mismo en todos los sistemas de referencia.
Trayectoria
Una trayectoria es la totalidad de todas las posiciones de un punto material que se mueve, en el caso general es una línea curva, cuya forma depende de la naturaleza del movimiento del punto y del sistema de referencia elegido.
Moviente
El desplazamiento es un vector que conecta las posiciones inicial y final de un punto material.
Velocidad
La velocidad, o la relación entre el movimiento y el tiempo durante el cual ocurre, se define como la primera derivada del movimiento respecto del tiempo:

En la mecánica clásica, las velocidades se pueden sumar y restar. Por ejemplo, si un automóvil viaja hacia el oeste a una velocidad de 60 km/h y alcanza a otro que se mueve en la misma dirección a una velocidad de 50 km/h, entonces, en relación con el segundo automóvil, el primero se mueve hacia el oeste a una velocidad de 60-50 = 10 km/h Pero en el futuro, los autos rápidos se moverán más lento a una velocidad de 10 km/h hacia el este.
Para determinar la velocidad relativa, en cualquier caso, se aplican las reglas del álgebra vectorial para construir vectores de velocidad.
Aceleración
La aceleración, o tasa de cambio de velocidad, es la derivada de la velocidad con respecto al tiempo o la segunda derivada del desplazamiento con respecto al tiempo:

El vector de aceleración puede cambiar en magnitud y dirección. En particular, si la velocidad disminuye, a veces se produce aceleración y desaceleración, pero en general cualquier cambio de velocidad.
Fortaleza. Segunda ley de Newton
La segunda ley de Newton establece que la aceleración de un punto material es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre él y el vector de aceleración se dirige a lo largo de la línea de acción de esta fuerza. Es decir, esta ley relaciona la fuerza que actúa sobre un cuerpo con su masa y aceleración. Entonces la segunda ley de Newton queda así:

Magnitud metro v llamado impulso. Generalmente, masa metro no cambia con el tiempo y la ley de Newton se puede escribir de forma simplificada

Dónde A aceleración, que fue definida anteriormente. Masa corporal metro No siempre con el tiempo. Por ejemplo, la masa de un cohete disminuye a medida que se utiliza combustible. En tales circunstancias, la última expresión no se aplica y debe utilizarse la forma completa de la segunda ley de Newton.
La segunda ley de Newton no es suficiente para describir el movimiento de una partícula. Requiere determinar la fuerza que actúa sobre él. Por ejemplo, una expresión típica para la fuerza de fricción cuando un cuerpo se mueve en un gas o líquido se define de la siguiente manera:

¿Dónde? alguna constante llamada coeficiente de fricción.
Una vez determinadas todas las fuerzas, según la segunda ley de Newton, obtenemos una ecuación diferencial llamada ecuación de movimiento. En nuestro ejemplo con una sola fuerza actuando sobre la partícula, obtenemos:

Integrando obtenemos:

¿Dónde está la velocidad inicial? Esto significa que la velocidad de nuestro objeto disminuye exponencialmente hasta cero. Esta expresión a su vez se puede integrar nuevamente para obtener una expresión para el radio vector r del cuerpo en función del tiempo.
Si varias fuerzas actúan sobre una partícula, se suman de acuerdo con las reglas de la suma de vectores.
Energía
si fuerza F actúa sobre una partícula, que como resultado se mueve hacia? r, entonces el trabajo realizado es igual a:

Si la masa de la partícula se ha vuelto, entonces el trabajo anhelado realizado con todas las fuerzas, de la segunda ley de Newton.

Dónde t energía cinética. Para un punto material se define como

Para objetos complejos que constan de muchas partículas, la energía cinética del cuerpo es igual a la suma de las energías cinéticas de todas las partículas.
Una clase especial de fuerzas conservativas se puede expresar mediante el gradiente de una función escalar conocida como energía potencial. V:

Si todas las fuerzas que actúan sobre una partícula son conservativas y V la energía potencial total obtenida sumando las energías potenciales de todas las fuerzas, entonces
Aquellos. energía total mi = T + V persiste en el tiempo. Esta es una manifestación de una de las leyes físicas fundamentales de conservación. En mecánica clásica puede resultar útil en la práctica, porque muchos tipos de fuerzas en la naturaleza son conservativas.
Las leyes de Newton tienen varias consecuencias importantes para los cuerpos rígidos (ver momento angular)
También existen dos formulaciones alternativas importantes de la mecánica clásica: la mecánica de Lagrange y la mecánica hamiltoniana. Son equivalentes a la mecánica newtoniana, pero en ocasiones resultan útiles para analizar determinados problemas. Al igual que otras formulaciones modernas, no utilizan el concepto de fuerza, sino que se refieren a otras cantidades físicas como la energía.

Universidad Estatal de Gestión

Instituto de Estudios por Correspondencia

Especialidad – gestión

por disciplina: KSE

“La mecánica newtoniana es la base de la descripción clásica de la naturaleza. La principal tarea de la mecánica y los límites de su aplicabilidad”.

Terminado

Identificación de estudiante No. 1211

Grupo nº UP4-1-98/2

1. Introducción.________________________________________________________________ 3

2. Mecánica newtoniana.__________________________________________ 5

2.1. Leyes del movimiento de Newton._______________________________________________ 5

2.1.1. Primera ley de Newton.________________________________________________ 6

2.1.2. Segunda ley de Newton.________________________________________________ 7

2.1.3. Tercera ley de Newton._________________________________________________ 8

2.2. La ley de la gravitación universal.___________________________________________ 11

2.3. La principal tarea de la mecánica._____________________________________________ 13

2.4. Límites de aplicabilidad.____________________________________________ 15

3. Conclusión.________________________________________________ 18

4. Lista de referencias._______________________________________ 20

Newton (1643-1727)

Este mundo estaba envuelto en una profunda oscuridad.

¡Que se haga la luz! Y entonces apareció Newton.

1. Introducción.

El concepto de “física” tiene sus raíces en el pasado profundo; traducido del griego significa “naturaleza”. La principal tarea de esta ciencia es establecer las "leyes" del mundo circundante. Una de las principales obras de Platón, alumno de Aristóteles, se llamó “Física”.

La ciencia de aquellos años tenía un carácter filosófico natural, es decir. Partió del hecho de que los movimientos directamente observados de los cuerpos celestes son sus movimientos reales. De esto se llegó a la conclusión sobre la posición central de la Tierra en el Universo. Este sistema reflejaba correctamente algunas de las características de la Tierra como cuerpo celeste: que la Tierra es una bola, que todo gravita hacia su centro. Por lo tanto, esta enseñanza en realidad se refería a la Tierra. Al nivel de su época, cumplía con los requisitos básicos del conocimiento científico. Por un lado, explicó los movimientos observados de los cuerpos celestes desde un único punto de vista y, por otro, permitió calcular sus posiciones futuras. Al mismo tiempo, las construcciones teóricas de los antiguos griegos eran de naturaleza puramente especulativa: estaban completamente divorciadas de la experimentación.

Tal sistema existió hasta el siglo XVI, hasta la aparición de las enseñanzas de Copérnico, que recibió su mayor justificación en la física experimental de Galileo, culminando con la creación de la mecánica newtoniana, que unía el movimiento de los cuerpos celestes y terrestres con unificado. leyes del movimiento. Fue la mayor revolución en las ciencias naturales, que marcó el comienzo del desarrollo de la ciencia en su comprensión moderna.

Galileo Galilei creía que el mundo es infinito y la materia es eterna. En todos los procesos no se destruye ni se genera nada; sólo se produce un cambio en la disposición relativa de los cuerpos o sus partes. La materia está formada por átomos absolutamente indivisibles, su movimiento es el único movimiento mecánico universal. Los cuerpos celestes son similares a la Tierra y obedecen a las mismas leyes de la mecánica.

Para Newton, era importante descubrir sin ambigüedades, a través de experimentos y observaciones, las propiedades del objeto en estudio y construir una teoría basada en la inducción sin utilizar hipótesis. Partió del hecho de que en la física como ciencia experimental no hay lugar para hipótesis. Reconociendo la imperfección del método inductivo, lo consideró el más preferible entre otros.

Tanto en la antigüedad como en el siglo XVII se reconoció la importancia de estudiar el movimiento de los cuerpos celestes. Pero si para los antiguos griegos este problema tenía un significado más filosófico, en el siglo XVII predominaba el aspecto práctico. El desarrollo de la navegación requirió el desarrollo de tablas astronómicas más precisas para fines de navegación en comparación con las requeridas para fines astrológicos. La tarea principal era determinar la longitud, tan necesaria para los astrónomos y navegantes. Para resolver este importante problema práctico, se crearon los primeros observatorios estatales (observatorios de París en 1672, Greenwich en 1675). Básicamente, se trataba de determinar el tiempo absoluto, que, en comparación con el tiempo local, daba un intervalo de tiempo que podía convertirse en longitud. Este tiempo podría determinarse observando los movimientos de la Luna entre las estrellas, así como utilizando un reloj preciso ajustado según el tiempo absoluto y mantenido por el observador. En el primer caso, se necesitaban tablas muy precisas para predecir la posición de los cuerpos celestes, y en el segundo, mecanismos de reloj absolutamente precisos y fiables. El trabajo en estas direcciones no tuvo éxito. Sólo Newton logró encontrar una solución, quien gracias al descubrimiento de la ley de la gravitación universal y las tres leyes fundamentales de la mecánica, así como el cálculo diferencial e integral, dio a la mecánica el carácter de teoría científica integral.

2. Mecánica newtoniana.

El pináculo de la creatividad científica de I. Newton es su obra inmortal "Principios matemáticos de la filosofía natural", publicada por primera vez en 1687. En él resumió los resultados de sus predecesores y sus propias investigaciones y creó por primera vez un sistema único y armonioso de mecánica terrestre y celeste, que formó la base de toda la física clásica. Aquí Newton dio definiciones de los conceptos iniciales: la cantidad de materia equivalente a masa, densidad; momento equivalente al impulso y varios tipos de fuerza. Al formular el concepto de cantidad de materia, partió de la idea de que los átomos están formados por una única materia primaria; La densidad se entendía como el grado de llenado de una unidad de volumen de un cuerpo con materia primaria. Este trabajo expone la doctrina de la gravitación universal de Newton, a partir de la cual desarrolló la teoría del movimiento de los planetas, satélites y cometas que forman el sistema solar. A partir de esta ley explicó el fenómeno de las mareas y la compresión de Júpiter.

El concepto de Newton fue la base de muchos avances tecnológicos a lo largo del tiempo. Sobre su base se formaron muchos métodos de investigación científica en diversos campos de las ciencias naturales.

2.1. Leyes del movimiento de Newton.

Si la cinemática estudia el movimiento de un cuerpo geométrico, que no posee ninguna propiedad de un cuerpo material, excepto la propiedad de ocupar un determinado lugar en el espacio y cambiar esta posición con el tiempo, entonces la dinámica estudia el movimiento de cuerpos reales bajo la influencia. de las fuerzas que se les aplican. Las tres leyes de la mecánica establecidas por Newton subyacen a la dinámica y forman la rama principal de la mecánica clásica.

Se pueden aplicar directamente al caso más simple de movimiento, cuando un cuerpo en movimiento se considera un punto material, es decir. cuando no se tiene en cuenta el tamaño y la forma del cuerpo y cuando el movimiento del cuerpo se considera como el movimiento de un punto con masa. En agua hirviendo, para describir el movimiento de un punto, se puede elegir cualquier sistema de coordenadas, con respecto al cual se determinan las cantidades que caracterizan este movimiento. Cualquier cuerpo que se mueva con respecto a otros cuerpos puede tomarse como cuerpo de referencia. En dinámica se trata de sistemas de coordenadas inerciales, caracterizados porque respecto a ellos un punto material libre se mueve con velocidad constante.

2.1.1. Primera ley de Newton.

La ley de la inercia fue establecida por primera vez por Galileo para el caso del movimiento horizontal: cuando un cuerpo se mueve a lo largo de un plano horizontal, su movimiento es uniforme y continuaría constantemente si el plano se extendiera en el espacio sin fin. Newton dio una formulación más general de la ley de inercia como primera ley del movimiento: todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento lineal uniforme hasta que las fuerzas que actúan sobre él cambian este estado.

En la vida, esta ley describe el caso en el que, si dejas de tirar o empujar un cuerpo en movimiento, este se detiene y no continúa moviéndose a una velocidad constante. Así se detiene un coche con el motor apagado. Según la ley de Newton, una fuerza de frenado debe actuar sobre un automóvil que rueda por inercia, que en la práctica es la resistencia del aire y la fricción de los neumáticos sobre la superficie de la carretera. Le dan al coche una aceleración negativa hasta que se detiene.

La desventaja de esta formulación de la ley es que no contenía ninguna indicación de la necesidad de relacionar el movimiento con un sistema de coordenadas inercial. El hecho es que Newton no utilizó el concepto de sistema de coordenadas inercial; en cambio, introdujo el concepto de espacio absoluto, homogéneo e inmóvil, con el que asoció un determinado sistema de coordenadas absoluto, con respecto al cual se determinaba la velocidad del cuerpo. . Cuando se reveló el vacío del espacio absoluto como sistema de referencia absoluto, la ley de la inercia comenzó a formularse de otra manera: con respecto al sistema de coordenadas inercial, un cuerpo libre mantiene un estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme.

2.1.2. Segunda ley de Newton.

Al formular la segunda ley, Newton introdujo los conceptos:

La aceleración es una cantidad vectorial (Newton la llamó impulso y la tuvo en cuenta al formular la regla del paralelogramo de velocidad), que determina la tasa de cambio en la velocidad de un cuerpo.

La fuerza es una cantidad vectorial, entendida como la medida del impacto mecánico sobre un cuerpo por parte de otros cuerpos o campos, como resultado del cual el cuerpo adquiere aceleración o cambia de forma y tamaño.

La masa corporal es una cantidad física, una de las principales características de la materia, que determina sus propiedades inerciales y gravitacionales.

La segunda ley de la mecánica establece: la fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual al producto de la masa del cuerpo por la aceleración impartida por esta fuerza. Ésta es su formulación moderna. Newton lo formuló de otra manera: el cambio de impulso es proporcional a la fuerza actuante aplicada y ocurre en la dirección de la línea recta a lo largo de la cual actúa esta fuerza, e inversamente proporcional a la masa del cuerpo, o matemáticamente:

Esta ley es fácil de confirmar experimentalmente; si se fija un carro al extremo de un resorte y se suelta el resorte, con el tiempo; t el carro recorrerá la distancia s 1(Fig. 1), luego fije dos carros al mismo resorte, es decir, duplica tu peso corporal y suelta el resorte, luego al mismo tiempo t ellos llegarán hasta el final t 2, dos veces menos que s 1 .

Esta ley también es válida sólo en sistemas de referencia inerciales. La primera ley, desde un punto de vista matemático, es un caso especial de la segunda ley, porque si las fuerzas resultantes son cero, entonces la aceleración también es cero. Sin embargo, la primera ley de Newton se considera una ley independiente, porque Es él quien afirma la existencia de sistemas inerciales.

2.1.3. Tercera ley de Newton.

La tercera ley de Newton establece: una acción siempre tiene una reacción igual y opuesta, de lo contrario los cuerpos actúan entre sí con fuerzas dirigidas a lo largo de la misma línea recta, iguales en magnitud y opuestas en dirección, o matemáticamente:

Newton extendió el efecto de esta ley tanto al caso de colisiones de cuerpos como al caso de su atracción mutua. La demostración más simple de esta ley es un cuerpo ubicado en un plano horizontal, que está sujeto a la fuerza de la gravedad. pies y fuerza de reacción del suelo F o, situadas en la misma línea recta, de igual valor y con direcciones opuestas, la igualdad de estas fuerzas permite que el cuerpo esté en reposo (Fig. 2).

Los corolarios se derivan de las tres leyes fundamentales del movimiento de Newton, una de las cuales es la suma de impulso según la regla del paralelogramo. La aceleración de un cuerpo depende de las cantidades que caracterizan la acción de otros cuerpos sobre un cuerpo determinado, así como de las cantidades que determinan las características de este cuerpo. La acción mecánica de otros cuerpos sobre un cuerpo, que cambia la velocidad de movimiento de un cuerpo determinado, se llama fuerza. Puede tener diferente naturaleza (gravedad, fuerza elástica, etc.). El cambio en la velocidad de un cuerpo no depende de la naturaleza de las fuerzas, sino de su magnitud. Como la velocidad y la fuerza son vectores, la acción de varias fuerzas se suma según la regla del paralelogramo. La propiedad de un cuerpo de la que depende la aceleración que adquiere es la inercia, medida en masa. En la mecánica clásica, que trabaja con velocidades significativamente inferiores a la de la luz, la masa es una característica del propio cuerpo, independientemente de si se está moviendo o no. La masa de un cuerpo en la mecánica clásica no depende de la interacción del cuerpo con otros cuerpos. Esta propiedad de la masa llevó a Newton a tomar la masa como medida de materia y creer que su magnitud determina la cantidad de materia en un cuerpo. Así, la masa pasó a entenderse como la cantidad de materia.

La cantidad de materia se puede medir, siendo proporcional al peso del cuerpo. El peso es la fuerza con la que un cuerpo actúa sobre un soporte que le impide caer libremente. Numéricamente, el peso es igual al producto de la masa corporal por la aceleración de la gravedad. Debido a la compresión de la Tierra y su rotación diaria, el peso corporal cambia con la latitud y es un 0,5% menor en el ecuador que en los polos. Dado que la masa y el peso son estrictamente proporcionales, era posible realizar mediciones prácticas de masa o cantidad de materia. La comprensión de que el peso es un efecto variable en un cuerpo llevó a Newton a establecer una característica interna del cuerpo: la inercia, que consideraba la capacidad inherente del cuerpo para mantener un movimiento lineal uniforme, proporcional a la masa. La masa como medida de inercia se puede medir utilizando escalas, como lo hizo Newton.

En estado de ingravidez, la masa se puede medir por inercia. La medición inercial es una forma común de medir la masa. Pero la inercia y el peso son conceptos físicos diferentes. Su proporcionalidad entre sí es muy conveniente en términos prácticos: para medir masa usando balanzas. Así, el establecimiento de los conceptos de fuerza y ​​​​masa, así como el método para medirlos, permitió a Newton formular la segunda ley de la mecánica.

La primera y segunda leyes de la mecánica se refieren respectivamente al movimiento de un punto material o de un cuerpo. En este caso, sólo se tiene en cuenta la acción de otros cuerpos sobre un cuerpo determinado. Sin embargo, cada acción es interacción. Dado que en mecánica una acción se caracteriza por la fuerza, si un cuerpo actúa sobre otro con una determinada fuerza, el segundo actúa sobre el primero con la misma fuerza, que está fijada por la tercera ley de la mecánica. En la formulación de Newton, la tercera ley de la mecánica es válida sólo en el caso de interacción directa de fuerzas o cuando la acción de un cuerpo se transfiere instantáneamente a otro. En el caso de transferencia de una acción durante un período de tiempo determinado, esta ley se aplica cuando el momento de la transferencia de la acción puede descuidarse.

2.2. La ley de la gravitación universal.

Se cree que el núcleo de la dinámica newtoniana es el concepto de fuerza y ​​​​la tarea principal de la dinámica es establecer la ley a partir de un movimiento dado y, a la inversa, determinar la ley del movimiento de los cuerpos a partir de una fuerza dada. De las leyes de Kepler, Newton dedujo la existencia de una fuerza dirigida hacia el Sol, que era inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de los planetas al Sol. Habiendo generalizado las ideas expresadas por Kepler, Huygens, Descartes, Borelli, Hooke, Newton les dio la forma exacta de una ley matemática, según la cual se afirmaba la existencia en la naturaleza de la fuerza de la gravedad universal, que determina la atracción de los cuerpos. La fuerza de gravedad es directamente proporcional al producto de las masas de los cuerpos gravitantes e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos, o matemáticamente:

Donde G es la constante gravitacional.

Esta ley describe la interacción de cualquier cuerpo; lo único importante es que la distancia entre los cuerpos sea lo suficientemente grande en comparación con sus tamaños, esto permite que los cuerpos sean aceptados como puntos materiales. En la teoría de la gravitación de Newton, se acepta que la fuerza de gravedad se transmite de un cuerpo gravitante a otro de forma instantánea, y sin mediación de ningún medio. La ley de la gravitación universal ha dado lugar a un largo y furioso debate. Esto no fue accidental, ya que esta ley tenía un importante significado filosófico. La cuestión es que antes de Newton, el objetivo de la creación de teorías físicas era identificar y representar el mecanismo de los fenómenos físicos en todos sus detalles. En los casos en que esto no fue posible, se argumentó sobre las llamadas “cualidades ocultas” que no se prestan a una interpretación detallada. Bacon y Descartes declararon que las referencias a “cualidades ocultas” no eran científicas. Descartes creía que la esencia de un fenómeno natural sólo puede entenderse si se imagina visualmente. Así, representó los fenómenos de la gravedad con la ayuda de vórtices etéreos. En el contexto de la amplia difusión de tales ideas, la ley de gravitación universal de Newton, a pesar de que demostraba con una precisión sin precedentes la correspondencia de las observaciones astronómicas realizadas sobre su base, fue cuestionada porque la atracción mutua de los cuerpos recordaba mucho de la doctrina peripatética de las “cualidades ocultas”. Y aunque Newton estableció el hecho de su existencia sobre la base de análisis matemáticos y datos experimentales, el análisis matemático aún no ha entrado firmemente en la conciencia de los investigadores como un método suficientemente confiable. Pero el deseo de limitar la investigación física a hechos que no pretenden una verdad absoluta permitió a Newton completar la formación de la física como una ciencia independiente y separarla de la filosofía natural con sus pretensiones de conocimiento absoluto.

En la ley de la gravitación universal, la ciencia recibió un modelo de la ley de la naturaleza como una regla absolutamente precisa, aplicable en todas partes, sin excepciones, con consecuencias precisamente definidas. Kant incluyó esta ley en su filosofía, donde representaba la naturaleza como el reino de la necesidad, en contraste con la moral, el reino de la libertad.

El concepto físico de Newton fue una especie de logro supremo de la física del siglo XVII. La aproximación estática al Universo fue reemplazada por una dinámica. El método de investigación matemático experimental, que permitió resolver muchos problemas de física del siglo XVII, resultó adecuado para resolver problemas físicos durante otros dos siglos.

2.3. La principal tarea de la mecánica.

El resultado del desarrollo de la mecánica clásica fue la creación de una imagen mecánica unificada del mundo, en cuyo marco toda la diversidad cualitativa del mundo se explicaba por las diferencias en el movimiento de los cuerpos, sujeto a las leyes de la mecánica newtoniana. Según la imagen mecánica del mundo, si el fenómeno físico del mundo podía explicarse sobre la base de las leyes de la mecánica, entonces tal explicación era reconocida como científica. La mecánica de Newton se convirtió así en la base de la imagen mecánica del mundo, que dominó hasta la revolución científica de principios del siglo XIX y XX.

La mecánica de Newton, a diferencia de los conceptos mecánicos anteriores, permitió resolver el problema de cualquier etapa del movimiento, tanto anterior como posterior, y en cualquier punto del espacio con hechos conocidos que provocan este movimiento, así como el problema inverso de determinar la Magnitud y dirección de acción de estos factores en cualquier punto con elementos básicos de movimiento conocidos. Gracias a esto, la mecánica newtoniana podría utilizarse como método para el análisis cuantitativo del movimiento mecánico. Cualquier fenómeno físico podría estudiarse independientemente de los factores que lo provocan. Por ejemplo, puedes calcular la velocidad de un satélite de la Tierra: para simplificar, encontremos la velocidad de un satélite con una órbita igual al radio de la Tierra (Fig. 3). Con suficiente precisión, podemos equiparar la aceleración del satélite a la aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra:

Por otro lado, la aceleración centrípeta del satélite.

dónde . – Esta velocidad se llama primera velocidad de escape. Un cuerpo de cualquier masa al que se le imparta tal velocidad se convertirá en un satélite de la Tierra.

Las leyes de la mecánica newtoniana relacionaban la fuerza no con el movimiento, sino con un cambio de movimiento. Esto permitió abandonar las ideas tradicionales de que se necesita fuerza para mantener el movimiento y asignar a la fricción, que hacía necesaria la fuerza en los mecanismos existentes para mantener el movimiento, un papel secundario. Habiendo establecido una visión dinámica del mundo en lugar de la tradicional estática, Newton hizo de su dinámica la base de la física teórica. Aunque Newton mostró cautela en las interpretaciones mecánicas de los fenómenos naturales, todavía consideraba deseable derivar otros fenómenos naturales a partir de los principios de la mecánica. Un mayor desarrollo de la física comenzó a llevarse a cabo en la dirección de un mayor desarrollo del aparato de la mecánica en relación con la solución de problemas específicos, a medida que se resolvían, la imagen mecánica del mundo se hacía más fuerte.

2.4. Límites de aplicabilidad.

Como resultado del desarrollo de la física a principios del siglo XX, se determinó el ámbito de aplicación de la mecánica clásica: sus leyes son válidas para movimientos cuya velocidad es mucho menor que la velocidad de la luz. Se encontró que al aumentar la velocidad, aumenta la masa corporal. En general, las leyes de la mecánica clásica de Newton son válidas para el caso de sistemas de referencia inerciales. En el caso de los sistemas de referencia no inerciales la situación es diferente. Con el movimiento acelerado de un sistema de coordenadas no inercial en relación con un sistema inercial, la primera ley de Newton (ley de inercia) no se cumple en este sistema: los cuerpos libres en él cambiarán su velocidad de movimiento con el tiempo.

La primera discrepancia en la mecánica clásica se reveló cuando se descubrió el microcosmos. En la mecánica clásica, los movimientos en el espacio y la determinación de la velocidad se estudiaban independientemente de cómo se realizaban estos movimientos. En relación con los fenómenos del micromundo, tal situación, como se vio después, es imposible en principio. En este caso, la localización espaciotemporal subyacente a la cinemática sólo es posible en algunos casos especiales, que dependen de condiciones dinámicas específicas del movimiento. A escala macro, el uso de la cinemática es bastante aceptable. Para las microescalas, donde el papel principal corresponde a los cuantos, la cinemática, que estudia el movimiento independientemente de las condiciones dinámicas, pierde su significado.

Para la escala del micromundo, la segunda ley de Newton también resultó insostenible: solo es válida para fenómenos a gran escala. Se reveló que los intentos de medir cualquier cantidad que caracterice el sistema en estudio implica un cambio incontrolado en otras cantidades que caracterizan este sistema: si se intenta establecer una posición en el espacio y el tiempo, esto conduce a un cambio incontrolado en la cantidad conjugada correspondiente. , que determina los sistemas estatales dinámicos. Por tanto, es imposible medir con precisión dos cantidades mutuamente conjugadas al mismo tiempo. Cuanto más exactamente se determina el valor de una cantidad que caracteriza a un sistema, más incierto resultará ser el valor de su cantidad asociada. Esta circunstancia supuso un cambio significativo en las opiniones sobre la comprensión de la naturaleza de las cosas.

La inconsistencia en la mecánica clásica se basó en el hecho de que el futuro, en cierto sentido, está completamente contenido en el presente; esto determina la posibilidad de predecir con precisión el comportamiento de un sistema en cualquier momento futuro. Esta posibilidad ofrece la determinación simultánea de cantidades mutuamente conjugadas. En el campo del micromundo esto resultó imposible, lo que provoca cambios significativos en la comprensión de las posibilidades de predicción y la interconexión de los fenómenos naturales: desde el valor de las cantidades que caracterizan el estado de un sistema en un momento determinado solo se puede establecer con un cierto grado de incertidumbre, entonces se excluye la posibilidad de predecir con precisión los valores de estas cantidades en períodos posteriores momentos en el tiempo, es decir, sólo se puede predecir la probabilidad de obtener ciertos valores.

Otro descubrimiento que sacudió los cimientos de la mecánica clásica fue la creación de la teoría de campos. La mecánica clásica intentó reducir todos los fenómenos naturales a fuerzas que actúan entre partículas de materia; en esto se basó el concepto de fluidos eléctricos. En el marco de este concepto, sólo la sustancia y sus cambios eran reales; aquí lo más importante era la descripción de la acción de dos cargas eléctricas utilizando conceptos relacionados con ellas. La descripción del campo entre estas cargas, y no las cargas en sí, era muy importante para comprender la acción de las cargas. Aquí hay un ejemplo simple de una violación de la tercera ley de Newton en tales condiciones: si una partícula cargada se aleja de un conductor a través del cual fluye una corriente y, en consecuencia, se crea un campo magnético a su alrededor, entonces la fuerza resultante ejercida por la partícula cargada en el conductor que transporta corriente es exactamente cero.

La nueva realidad creada no tenía lugar en la imagen mecánica del mundo. Como resultado, la física comenzó a abordar dos realidades: la materia y el campo. Si la física clásica se basaba en el concepto de materia, entonces, con la identificación de una nueva realidad, era necesario revisar la imagen física del mundo. Los intentos de explicar los fenómenos electromagnéticos utilizando el éter resultaron insostenibles. El éter no se pudo detectar experimentalmente. Esto llevó a la creación de la teoría de la relatividad, que nos obligó a reconsiderar los conceptos de espacio y tiempo característicos de la física clásica. Así, dos conceptos, la teoría cuántica y la teoría de la relatividad, se convirtieron en la base de nuevos conceptos físicos.

3. Conclusión.

La contribución de Newton al desarrollo de las ciencias naturales fue que proporcionó un método matemático para convertir las leyes físicas en resultados cuantificables que pudieran confirmarse mediante observaciones y, a la inversa, para derivar leyes físicas a partir de tales observaciones. Como él mismo escribió en el prefacio de “Principios”, “... proponemos este trabajo como los fundamentos matemáticos de la física. Toda la dificultad de la física... consiste en reconocer las fuerzas de la naturaleza a partir de los fenómenos del movimiento, y luego. utilizando estas fuerzas para explicar los fenómenos restantes... Sería deseable deducir de los principios de la mecánica el resto de los fenómenos de la naturaleza, razonando de manera similar, porque mucho me hace suponer que todos estos fenómenos están determinados por ciertas fuerzas. con el cual las partículas de los cuerpos, por razones aún desconocidas, tienden unas a otras y se entrelazan formando figuras regulares, o se repelen y se alejan unas de otras. Dado que estas fuerzas son desconocidas, hasta ahora los intentos de los filósofos de explicar los fenómenos naturales. Sin embargo, han resultado infructuosos, ya sea este método de razonamiento, u otro más correcto, las razones dadas aquí proporcionarán alguna iluminación."

El método de Newton se convirtió en la principal herramienta para comprender la naturaleza. Las leyes de la mecánica clásica y los métodos de análisis matemático demostraron su eficacia. experimento fisico, basándose en tecnología de medición, proporcionó una precisión sin precedentes. El conocimiento físico se convirtió cada vez más en la base de la tecnología y la ingeniería industriales y estimuló el desarrollo de otras ciencias naturales. En física, la luz, la electricidad, el magnetismo y el calor, hasta ahora aislados, se combinaron en la teoría electromagnética. Y aunque la naturaleza de la gravedad seguía sin estar clara, sus acciones podían calcularse. El concepto de determinismo mecanicista de Laplace se basó en la posibilidad de determinar inequívocamente el comportamiento de un sistema en cualquier momento, si se conocen las condiciones iniciales. La estructura de la mecánica como ciencia parecía sólida, fiable y casi completamente completa, es decir, los fenómenos encontrados que no encajaban en los cánones clásicos existentes parecían bastante explicables en el futuro por mentes más sofisticadas desde el punto de vista de la mecánica clásica. Daba la impresión de que el conocimiento de la física estaba cerca de su finalización total: una fuerza tan poderosa quedó demostrada en los fundamentos de la física clásica.

4. Lista de referencias.

1. Karpenkov S.Kh. Conceptos básicos de las ciencias naturales. M.: UNIDAD, 1998.

2. Newton y los problemas filosóficos de la física del siglo XX. Equipo de autores ed. MARYLAND. Akhundova, S.V. Ilarionov. M.: Nauka, 1991.

3. Gursky I.P. Física elemental. M.: Nauka, 1984.

4. Gran Enciclopedia Soviética en 30 volúmenes. Ed. Prokhorova A.M., 3.ª edición, M., Enciclopedia soviética, 1970.

5. Dorfman Ya.G. Historia mundial de la física desde principios del siglo XIX hasta mediados del siglo XX. M., 1979.

S. Marshak, op. en 4 volúmenes, Moscú, Goslitizdat, 1959, vol 3, p. 601

Cita por: Bernal J. La ciencia en la historia de la sociedad. M., 1956.P.265

El surgimiento de la mecánica clásica fue el comienzo de la transformación de la física en una ciencia estricta, es decir, un sistema de conocimiento que afirma la verdad, objetividad, validez y verificabilidad tanto de sus principios iniciales como de sus conclusiones finales. Este surgimiento tuvo lugar en los siglos XVI-XVII y está asociado con los nombres de Galileo Galilei, René Descartes e Isaac Newton. Fueron ellos quienes llevaron a cabo la "matematización" de la naturaleza y sentaron las bases para una visión matemático-experimental de la naturaleza. Presentaron la naturaleza como un conjunto de puntos "materiales" que tienen propiedades espacial-geométricas (forma), cuantitativas-matemáticas (número, magnitud) y mecánicas (movimiento) y conectados por relaciones de causa y efecto que pueden expresarse en ecuaciones matemáticas. .

G. Galileo marcó el comienzo de la transformación de la física en una ciencia estricta. Galileo formuló una serie de principios y leyes fundamentales de la mecánica. A saber:

- principio de inercia, según el cual cuando un cuerpo se mueve a lo largo de un plano horizontal sin encontrar resistencia al movimiento, entonces su movimiento es uniforme y continuaría constantemente si el plano se extendiera en el espacio sin fin;

- principio de relatividad, según el cual en los sistemas inerciales todas las leyes de la mecánica son iguales y no hay forma, estando dentro, de determinar si se mueve de forma rectilínea y uniforme o está en reposo;

- principio de conservación de velocidades y preservación de intervalos espaciales y temporales durante la transición de un sistema inercial a otro. esto es famoso transformación galileana.

La mecánica recibió una visión holística de un sistema organizado lógica y matemáticamente de conceptos, principios y leyes básicos en las obras de Isaac Newton. En primer lugar, en la obra “Principios matemáticos de la filosofía natural” En esta obra, Newton introduce los conceptos: peso, o cantidad de materia, inercia, o la propiedad de un cuerpo de resistir cambios en su estado de reposo o movimiento, peso, como medida de masa, fuerza, o una acción realizada sobre un cuerpo para cambiar su condición.

Newton distinguió entre el espacio y el tiempo absolutos (verdaderos, matemáticos), que no dependen de los cuerpos que contienen y siempre son iguales a ellos mismos, y el espacio y el tiempo relativos: partes móviles del espacio y duraciones de tiempo mensurables.

Un lugar especial en el concepto de Newton lo ocupa la doctrina de gravedad o la gravedad, en la que combina el movimiento de los cuerpos “celestes” y terrestres. Esta enseñanza incluye las declaraciones:

La gravedad de un cuerpo es proporcional a la cantidad de materia o masa contenida en él;

La gravedad es proporcional a la masa;

gravedad o gravedad y es aquella fuerza que actúa entre la Tierra y la Luna en proporción inversa al cuadrado de la distancia entre ellas;

Esta fuerza gravitacional actúa entre todos los cuerpos materiales a distancia.

Respecto a la naturaleza de la gravedad, Newton dijo: "No invento ninguna hipótesis".

La mecánica de Galileo-Newton, desarrollada en los trabajos de D. Alembert, Lagrange, Laplace, Hamilton... con el tiempo adquirió una forma armoniosa que determinó la imagen física del mundo de esa época. Esta imagen se basó en los principios de identidad propia del cuerpo físico; su independencia del espacio y del tiempo; determinismo, es decir, una relación estricta e inequívoca de causa y efecto entre estados específicos de los cuerpos físicos; Reversibilidad de todos los procesos físicos.

Termodinámica.

Los estudios del proceso de conversión de calor en trabajo y viceversa, realizados en el siglo XIX por S. Kalno, R. Mayer, D. Joule, G. Hemholtz, R. Clausius, W. Thomson (Lord Kelvin), llevaron a la conclusiones sobre las cuales R. Mayer escribió: “El movimiento, el calor..., la electricidad son fenómenos que se miden entre sí y se transforman entre sí según ciertas leyes”. Hemholtz generaliza esta afirmación de Mayer hasta la conclusión: "La suma de las fuerzas tensas y vivas que existen en la naturaleza es constante". William Thomson aclaró los conceptos de “fuerzas intensas y vivas” a los conceptos de energía potencial y cinética, definiendo la energía como la capacidad de realizar un trabajo. R. Clausius resumió estas ideas en la formulación: "La energía del mundo es constante". Así, a través de los esfuerzos conjuntos de la comunidad física, un principio fundamental para toda física Conocimiento de la ley de conservación y transformación de la energía..

La investigación sobre los procesos de conservación y transformación de la energía condujo al descubrimiento de otra ley: ley de entropía creciente. "La transición de calor de un cuerpo más frío a uno más cálido", escribió Clausius, "no puede tener lugar sin compensación". Clausius llamó a la medida de la capacidad del calor para transformarse. entropía. La esencia de la entropía se expresa en el hecho de que en cualquier sistema aislado los procesos deben proceder en la dirección de convertir todo tipo de energía en calor y al mismo tiempo igualar las diferencias de temperatura existentes en el sistema. Esto significa que los procesos físicos reales se desarrollan de forma irreversible. El principio que afirma la tendencia de la entropía al máximo se llama segunda ley de la termodinámica. El primer principio es la ley de conservación y transformación de la energía.

El principio de entropía creciente planteó una serie de problemas al pensamiento físico: la relación entre la reversibilidad y la irreversibilidad de los procesos físicos, la formalidad de conservación de la energía, que no es capaz de realizar trabajo cuando la temperatura de los cuerpos es homogénea. Todo esto requirió una justificación más profunda de los principios de la termodinámica. En primer lugar, la naturaleza del calor.

Ludwig Boltzmann intentó tal fundamentación y, basándose en la idea atómica molecular de la naturaleza del calor, llegó a la conclusión de que estadístico la naturaleza de la segunda ley de la termodinámica, ya que debido a la gran cantidad de moléculas que componen los cuerpos macroscópicos y la extrema velocidad y aleatoriedad de su movimiento, solo observamos valores promedio. La determinación de valores medios es una tarea de la teoría de la probabilidad. En el equilibrio máximo de temperatura, el caos del movimiento molecular también es máximo, en el que todo orden desaparece. Surge la pregunta: ¿puede y, en caso afirmativo, cómo, volver a surgir el orden del caos? La física sólo podrá responder a esto dentro de cien años, introduciendo el principio de simetría y el principio de sinergia.

Electrodinámica.

A mediados del siglo XIX, la física de los fenómenos eléctricos y magnéticos había alcanzado cierta finalización. Se descubrieron varias de las leyes más importantes de Coulomb, la ley de Ampere, la ley de la inducción electromagnética, las leyes de la corriente continua, etc. Todas estas leyes se basaron en principio de largo alcance. La excepción fueron las opiniones de Faraday, quien creía que la acción eléctrica se transmite a través de un medio continuo, es decir, basado en principio de corto alcance. Basándose en las ideas de Faraday, el físico inglés J. Maxwell introduce el concepto campo electromagnetico y describe el estado de la materia "descubierto" por él en sus ecuaciones. "... El campo electromagnético", escribe Maxwell, "es esa parte del espacio que contiene y rodea cuerpos que se encuentran en un estado eléctrico o magnético". Combinando las ecuaciones del campo electromagnético, Maxwell obtiene la ecuación de onda, a partir de la cual se determina la existencia de ondas electromagnéticas, cuya velocidad de propagación en el aire es igual a la velocidad de la luz. La existencia de tales ondas electromagnéticas fue confirmada experimentalmente por el físico alemán Heinrich Hertz en 1888.

Para explicar la interacción de las ondas electromagnéticas con la materia, el físico alemán Hendrik Anton Lorenz planteó la hipótesis de la existencia electrón, es decir, una pequeña partícula cargada eléctricamente, que está presente en grandes cantidades en todos los cuerpos pesados. Esta hipótesis explica el fenómeno de división de líneas espectrales en un campo magnético, descubierto en 1896 por el físico alemán Zeeman. En 1897, Thomson confirmó experimentalmente la existencia de la partícula o electrón más pequeño con carga negativa.

Así, en el marco de la física clásica, surgió una imagen bastante armoniosa y completa del mundo, que describe y explica el movimiento, la gravedad, el calor, la electricidad y el magnetismo, y la luz. Esto dio lugar a que Lord Kelvin (Thomson) dijera que el edificio de la física estaba casi completo, sólo faltaban algunos detalles...

En primer lugar, resultó que las ecuaciones de Maxwell no son invariantes bajo transformaciones galileanas. En segundo lugar, la teoría del éter como sistema de coordenadas absoluto al que están "vinculadas" las ecuaciones de Maxwell no ha encontrado confirmación experimental. El experimento de Michelson-Morley demostró que la velocidad de la luz no depende de la dirección en un sistema de coordenadas en movimiento. No. Un partidario de la preservación de las ecuaciones de Maxwell, Hendrik Lorentz, "vinculó" estas ecuaciones al éter como un marco de referencia absoluto, sacrificó el principio de relatividad de Galileo, sus transformaciones y formuló sus propias transformaciones. De las transformaciones de G. Lorentz se desprende que los intervalos espaciales y temporales no son invariantes al pasar de un sistema de referencia inercial a otro. Todo estaría bien, pero la existencia de un medio absoluto, el éter, no se confirmó experimentalmente, como se señaló. Esta es una crisis.

Física no clásica. Teoría especial de la relatividad.

Al describir la lógica de la creación de la teoría especial de la relatividad, Albert Einstein en un libro conjunto con L. Infeld escribe: “Recopilemos ahora aquellos hechos que han sido suficientemente verificados por la experiencia, sin preocuparnos más por el problema de la relatividad especial. éter:

1. La velocidad de la luz en el espacio vacío es siempre constante, independientemente del movimiento de la fuente o del receptor de luz.

2. En dos sistemas de coordenadas que se mueven de manera rectilínea y uniforme entre sí, todas las leyes de la naturaleza son estrictamente las mismas y no hay forma de detectar un movimiento rectilíneo y uniforme absoluto...

La primera posición expresa la constancia de la velocidad de la luz, la segunda generaliza el principio de relatividad de Galileo, formulado para los fenómenos mecánicos, a todo lo que sucede en la naturaleza." Einstein señala que la aceptación de estos dos principios y el rechazo del principio de la La transformación galileana, dado que contradice la constancia de la velocidad de la luz, sentó las bases de la teoría especial de la relatividad sobre los dos principios aceptados: la constancia de la velocidad de la luz y la equivalencia de todos los sistemas de referencia inerciales. Añade el principio de invariancia de todas las leyes de la naturaleza con respecto a las transformaciones de G. Lorentz. Por lo tanto, las mismas leyes son válidas en todos los sistemas inerciales, y la transición de un sistema a otro está dada por las transformaciones de Lorentz. El ritmo de un reloj en movimiento y la longitud de las varillas en movimiento dependen de la velocidad: la varilla se reducirá a cero si su velocidad alcanza la velocidad de la luz, y el ritmo del reloj en movimiento se ralentizará si el reloj se detiene por completo; podría moverse a la velocidad de la luz.

Así, el tiempo, el espacio y el movimiento absolutos newtonianos, que eran, por así decirlo, independientes de los cuerpos en movimiento y de su estado, fueron eliminados de la física.

Teoría general de la relatividad.

En el libro ya citado, Einstein pregunta: “¿Podemos formular leyes físicas de tal manera que sean válidas para todos los sistemas de coordenadas, no sólo para sistemas que se mueven de manera rectilínea y uniforme, sino también para sistemas que se mueven de manera completamente arbitraria entre sí? ". Y él responde: “Resulta que es posible”.

Habiendo perdido su "independencia" de los cuerpos en movimiento y entre sí en la teoría especial de la relatividad, el espacio y el tiempo parecían "encontrarse" entre sí en un único continuo espacio-temporal de cuatro dimensiones. El autor del continuo, el matemático Hermann Minkowski, publicó en 1908 la obra "Fundamentos de la teoría de los procesos electromagnéticos", en la que argumentaba que a partir de ahora el espacio mismo y el tiempo mismo deberían quedar relegados al papel de sombras, y sólo Se debe seguir preservando algún tipo de conexión entre ambos y la independencia. A. La idea de Einstein era representar todas las leyes físicas como propiedades de este continuo, tal como es métrico. Desde esta nueva posición, Einstein consideró la ley de gravitación de Newton. En lugar de gravedad empezó a operar campo gravitacional. Los campos gravitacionales se incluyeron en el continuo espacio-tiempo como su "curvatura". La métrica del continuo se convirtió en una métrica no euclidiana, “riemanniana”. La "curvatura" del continuo comenzó a considerarse como resultado de la distribución de las masas que se movían en él. La nueva teoría explica la trayectoria de rotación de Mercurio alrededor del Sol, que no es consistente con la ley de gravedad de Newton, así como la desviación de un rayo de luz estelar que pasa cerca del Sol.

Así, el concepto de "sistema de coordenadas inerciales" fue eliminado de la física y el enunciado de un sistema de coordenadas generalizado principio de relatividad: cualquier sistema de coordenadas es igualmente adecuado para describir fenómenos naturales.

Mecánica cuántica.

El segundo, según Lord Kelvin (Thomson), el elemento que faltaba para completar el edificio de la física a principios del siglo XIX y XX era una grave discrepancia entre la teoría y la experimentación en el estudio de las leyes de la radiación térmica de un universo absolutamente negro. cuerpo. Según la teoría predominante, debería ser continuo, continuo. Sin embargo, esto llevó a conclusiones paradójicas, como el hecho de que la energía total emitida por un cuerpo negro a una temperatura determinada es igual al infinito (fórmula de Rayleigh-Jean). Para resolver el problema, el físico alemán Max Planck planteó en 1900 la hipótesis de que la materia no puede emitir ni absorber energía excepto en porciones finitas (cuantos) proporcionales a la frecuencia emitida (o absorbida). La energía de una porción (cuántica) E=hn, donde n es la frecuencia de radiación y h es una constante universal. Einstein utilizó la hipótesis de Planck para explicar el efecto fotoeléctrico. Einstein introdujo el concepto de cuanto de luz o fotón. También sugirió que luz, de acuerdo con la fórmula de Planck, tiene propiedades tanto ondulatorias como cuánticas. La comunidad física empezó a hablar de la dualidad onda-partícula, especialmente desde que en 1923 se descubrió otro fenómeno que confirma la existencia de fotones: el efecto Compton.

En 1924, Louis de Broglie extendió la idea de la naturaleza dual corpuscular de la luz a todas las partículas de materia, introduciendo la idea de ondas de materia. A partir de aquí podemos hablar de las propiedades ondulatorias del electrón, por ejemplo, de la difracción de electrones, que se establecieron experimentalmente. Sin embargo, los experimentos de R. Feynman con "bombardeo" de electrones en un escudo con dos agujeros mostraron que es imposible, por un lado, decir a través de qué agujero vuela el electrón, es decir, determinar con precisión sus coordenadas, y por el otro. por otro lado, no distorsionar el patrón de distribución de los electrones detectados, sin alterar la naturaleza de la interferencia. Esto significa que podemos conocer las coordenadas del electrón o su momento, pero no ambas.

Este experimento puso en duda el concepto mismo de partícula en el sentido clásico de localización precisa en el espacio y el tiempo.

La explicación del comportamiento "no clásico" de las micropartículas la dio por primera vez el físico alemán Werner Heisenberg. Este último formuló la ley del movimiento de una micropartícula, según la cual el conocimiento de la coordenada exacta de una partícula conduce a una total incertidumbre de su momento, y viceversa, el conocimiento exacto del momento de una partícula conduce a una completa incertidumbre de sus coordenadas. W. Heisenberg estableció la relación entre las incertidumbres de las coordenadas y el impulso de una micropartícula:

Dх * DP x ³ h, donde Dх es la incertidumbre en el valor de las coordenadas; DP x - incertidumbre en el valor del impulso; h es la constante de Planck. Esta ley y la relación de incertidumbre se llaman principio de incertidumbre Heisenberg.

Analizando el principio de incertidumbre, el físico danés Niels Bohr demostró que, dependiendo de la configuración del experimento, una micropartícula revela su naturaleza corpuscular o su naturaleza ondulatoria, pero no ambos a la vez. En consecuencia, estas dos naturalezas de las micropartículas son mutuamente excluyentes y, al mismo tiempo, deben considerarse complementarias entre sí, y su descripción basada en dos clases de situaciones experimentales (corpuscular y ondulatoria) debe ser una descripción holística de la micropartícula. No hay una partícula “en sí misma”, sino un sistema “partícula-dispositivo”. Estas conclusiones de N. Bohr se denominan principio de complementariedad.

En el marco de este enfoque, la incertidumbre y la adicionalidad resultan no ser una medida de nuestra ignorancia, sino propiedades objetivas de las micropartículas, micromundo en su conjunto. De esto se deduce que las leyes estadísticas y probabilísticas se encuentran en las profundidades de la realidad física, y las leyes dinámicas de la dependencia inequívoca de causa y efecto son sólo algún caso particular e idealizado de expresión de leyes estadísticas.

Mecánica cuántica relativista.

En 1927, el físico inglés Paul Dirac llamó la atención sobre el hecho de que para describir el movimiento de las micropartículas descubiertas en ese momento: electrones, protones y fotones, ya que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz, era necesaria la aplicación de la teoría especial de Se requiere relatividad. Dirac compuso una ecuación que describía el movimiento de un electrón teniendo en cuenta las leyes tanto de la mecánica cuántica como de la teoría de la relatividad de Einstein. Había dos soluciones a esta ecuación: una solución daba un electrón conocido con energía positiva, la otra daba un electrón gemelo desconocido pero con energía negativa. Así surgió la idea de partículas y antipartículas simétricas a ellas. Esto planteó la pregunta: ¿está vacío el vacío? Después de la "expulsión" del éter por parte de Einstein, éste parecía indudablemente vacío.

Las ideas modernas y bien probadas dicen que el vacío está "vacío" sólo en promedio. En él nacen y desaparecen constantemente una gran cantidad de partículas y antipartículas virtuales. Esto no contradice el principio de incertidumbre, que también tiene la expresión DE * Dt ³ h. El vacío en la teoría cuántica de campos se define como el estado de energía más bajo de un campo cuántico, cuya energía es cero en promedio. Entonces el vacío es “algo” llamado “nada”.

En camino a la construcción de una teoría de campo unificada.

En 1918, Emmy Noether demostró que si un determinado sistema es invariante ante alguna transformación global, entonces tiene un cierto valor de conservación. De esto se deduce que la ley de conservación (de la energía) es una consecuencia simetrias, existiendo en el espacio-tiempo real.

La simetría como concepto filosófico significa el proceso de existencia y formación de momentos idénticos entre estados diferentes y opuestos de los fenómenos del mundo. Esto significa que al estudiar la simetría de cualquier sistema, es necesario considerar su comportamiento bajo diversas transformaciones e identificar en todo el conjunto de transformaciones aquellas que dejan inmutable, invariante algunas funciones correspondientes a los sistemas considerados.

En la física moderna se utiliza el concepto. simetría de calibre. Por calibración, los trabajadores ferroviarios se refieren a la transición de una vía estrecha a una ancha. En física, originalmente la calibración también se entendía como un cambio de nivel o escala. En la relatividad especial, las leyes de la física no cambian con respecto a la traslación ni se desplazan al calibrar la distancia. En la simetría de calibre, el requisito de invariancia da lugar a un cierto tipo específico de interacción. En consecuencia, la invariancia de calibre nos permite responder a la pregunta: "¿Por qué y por qué existen tales interacciones en la naturaleza?" Actualmente, la física define la existencia de cuatro tipos de interacciones físicas: gravitacionales, fuertes, electromagnéticas y débiles. Todos ellos tienen naturaleza calibre y se describen mediante simetrías calibre, que son diferentes representaciones de grupos de Lie. Esto sugiere la existencia de una primaria campo supersimétrico, en el que todavía no hay distinción entre tipos de interacciones. Las diferencias y los tipos de interacción son el resultado de una violación espontánea y espontánea de la simetría del vacío original. La evolución del Universo se presenta entonces como proceso sinérgico de autoorganización: Durante el proceso de expansión desde un estado supersimétrico del vacío, el Universo se calentó hasta el "big bang". El curso posterior de su historia pasó por puntos críticos: puntos de bifurcación, en los que se produjeron violaciones espontáneas de la simetría del vacío original. Declaración autoorganización de sistemas a través de violación espontánea del tipo original de simetría en los puntos de bifurcación. y ahí está principio de sinergia.

La elección de la dirección de la autoorganización en los puntos de bifurcación, es decir, en los puntos de violación espontánea de la simetría original, no es accidental. Se define como si ya estuviera presente en el nivel de la supersimetría del vacío por el “proyecto” de una persona, es decir, el “proyecto” de un ser que se pregunta por qué el mundo es así. Este principio antrópico, que fue formulado en física en 1962 por D. Dicke.

Los principios de relatividad, incertidumbre, complementariedad, simetría, sinergia, el principio antrópico, así como la afirmación de la naturaleza profunda y básica de las dependencias probabilísticas de causa y efecto en relación con las dependencias dinámicas e inequívocas de causa y efecto constituyen los principios Estructura categórica-conceptual de la Gestalt moderna, la imagen de la realidad física.

Literatura

1. Akhiezer A.I., Rekalo M.P. Imagen física moderna del mundo. M., 1980.

2. Bohr N. Física atómica y cognición humana. M., 1961.

3. Bohr N. Causalidad y complementariedad // Bohr N. Trabajos científicos seleccionados en 2 volúmenes T.2. M., 1971.

4. Nacido M. Física en la vida de mi generación, M., 1061.

5. Broglie L. De. Revolución en física. Moscú, 1963.

6. Heisenberg V. Física y Filosofía. Parte y todo. M. 1989.

8. Einstein A., Infeld L. Evolución de la física. M., 1965.