Mécanique classique. Principes de mécanique classique Fondements de la mécanique classique

(4 janvier 1643, Woolsthorpe, près de Grantham, Lincolnshire, Angleterre - 31 mars 1727, Londres) - Mathématicien, mécanicien, astronome et physicien anglais, créateur de la mécanique classique, membre (1672) et président (depuis 1703) du Royal Société de Londres.

L'un des fondateurs de la physique moderne, a formulé les lois fondamentales de la mécanique et a été le véritable créateur d'un programme physique unifié pour décrire tous les phénomènes physiques sur la base de la mécanique ; découvert la loi de la gravitation universelle, expliqué le mouvement des planètes autour du Soleil et de la Lune autour de la Terre, ainsi que les marées dans les océans, posé les bases de la mécanique des continus, de l'acoustique et de l'optique physique.

Années d'enfance

Isaac Newton est né dans un petit village dans la famille d'un petit agriculteur décédé trois mois avant la naissance de son fils. Le bébé était prématuré ; Il existe une légende selon laquelle il était si petit qu'on l'a placé dans une moufle en peau de mouton allongée sur un banc, d'où il est tombé un jour et s'est cogné violemment la tête contre le sol.

Lorsque l'enfant avait trois ans, sa mère s'est remariée et est partie, le laissant sous la garde de sa grand-mère. Newton a grandi maladif et insociable, enclin à la rêverie. Attiré par la poésie et la peinture, loin de ses pairs, il fabrique des cerfs-volants en papier, invente un moulin à vent, une horloge à eau et un chariot à pédales.

Le début de la vie scolaire a été difficile pour Newton. Il étudiait mal, était un garçon faible et un jour, ses camarades de classe l'ont battu jusqu'à ce qu'il perde connaissance. Endurer une situation aussi humiliante était insupportable pour le fier Newton, et il ne lui restait plus qu'une chose à faire : se démarquer par sa réussite scolaire. Grâce à un travail acharné, il a obtenu la première place de sa classe.

L'intérêt pour la technologie a amené Newton à réfléchir aux phénomènes naturels ; Il a également étudié en profondeur les mathématiques. Jean Baptiste Biot écrira plus tard à ce sujet : « Un de ses oncles, le trouvant un jour sous une haie avec un livre à la main, plongé dans une profonde réflexion, lui prit le livre et constata qu'il était occupé à résoudre un problème mathématique. Frappé par la direction si sérieuse et si active d’un si jeune homme, il persuada sa mère de ne plus résister aux désirs de son fils et de l’envoyer poursuivre ses études. Après une préparation sérieuse, Newton entra à Cambridge en 1660 en tant que Subsizzfr`a (les soi-disant étudiants pauvres qui étaient obligés de servir les membres du collège, ce qui ne pouvait que peser sur Newton).

Le début de la créativité. Optique

En six ans, Newton a obtenu tous ses diplômes universitaires et a préparé toutes ses grandes découvertes ultérieures. En 1665, Newton devient maître ès arts.

La même année, alors que l'épidémie de peste fait rage en Angleterre, il décide de s'installer temporairement à Woolsthorpe. C'est là qu'il commença à s'engager activement dans l'optique ; La recherche de moyens d'éliminer l'aberration chromatique dans les télescopes à lentilles a conduit Newton à étudier ce qu'on appelle aujourd'hui la dispersion, c'est-à-dire la dépendance de l'indice de réfraction sur la fréquence. Bon nombre des expériences qu'il a menées (et il y en a plus d'un millier) sont devenues des classiques et sont aujourd'hui répétées dans les écoles et les instituts.

Le leitmotiv de toutes les recherches était la volonté de comprendre la nature physique de la lumière. Au début, Newton était enclin à penser que la lumière était constituée d'ondes dans l'éther omniprésent, mais il abandonna plus tard cette idée, décidant que la résistance de l'éther devrait sensiblement ralentir le mouvement des corps célestes. Ces arguments ont conduit Newton à l'idée que la lumière est un flux de particules spéciales, des corpuscules, émises par une source et se déplaçant en ligne droite jusqu'à ce qu'elles rencontrent des obstacles. Le modèle corpusculaire expliquait non seulement la rectitude de la propagation de la lumière, mais aussi la loi de la réflexion (réflexion élastique) et - non sans une hypothèse supplémentaire - la loi de la réfraction. Cette hypothèse était que les corpuscules légers, s'approchant de la surface de l'eau, par exemple, devraient être attirés par celle-ci et donc subir une accélération. Selon cette théorie, la vitesse de la lumière dans l’eau devrait être supérieure à celle dans l’air (ce qui contredit les données expérimentales ultérieures).

Lois de la mécanique

La formation des idées corpusculaires sur la lumière a été clairement influencée par le fait qu'à cette époque, le travail destiné à devenir le principal grand résultat de l'œuvre de Newton était déjà en grande partie achevé - la création d'une image physique unifiée du Monde basée sur les lois de mécanique formulée par lui.

Cette image était basée sur l'idée de points matériels - des particules de matière physiquement infinitésimales et les lois régissant leur mouvement. C'est la formulation claire de ces lois qui a donné à la mécanique de Newton la complétude et l'exhaustivité. La première de ces lois était en effet la définition des systèmes de référence inertiels : c'est dans de tels systèmes que les points matériels qui ne subissent aucune influence se déplacent de manière uniforme et rectiligne. La deuxième loi de la mécanique joue un rôle central. Il stipule que le changement de quantité, de mouvement (le produit de la masse et de la vitesse) par unité de temps est égal à la force agissant sur un point matériel. La masse de chacun de ces points est une constante ; En général, tous ces points « ne s'usent pas », comme le dit Newton, chacun d'eux est éternel, c'est-à-dire qu'il ne peut ni naître ni être détruit. Les points matériels interagissent et la mesure quantitative de l'impact sur chacun d'eux est la force. Le problème de la détermination de ces forces est le problème fondamental de la mécanique.

Enfin, la troisième loi - la loi de « l'égalité d'action et de réaction » explique pourquoi l'impulsion totale de tout corps qui ne subit pas d'influences extérieures reste inchangée, quelle que soit la façon dont ses composants interagissent les uns avec les autres.

Loi de la gravité

Après avoir posé le problème de l'étude de diverses forces, Newton lui-même a donné le premier exemple brillant de sa solution, en formulant la loi de la gravitation universelle : la force d'attraction gravitationnelle entre des corps dont les dimensions sont nettement inférieures à la distance qui les sépare est directement proportionnelle à leurs masses. , inversement proportionnel au carré de la distance qui les sépare et dirigé le long de la ligne de connexion leur directe. La loi de la gravitation universelle a permis à Newton de donner une explication quantitative du mouvement des planètes autour du Soleil et de la Lune autour de la Terre, et de comprendre la nature des marées marines. Cela ne pouvait manquer de faire une énorme impression sur l’esprit des chercheurs. Le programme pour une description mécanique unifiée de tous les phénomènes naturels - à la fois « terrestres » et « célestes » - a été établi en physique depuis de nombreuses années. De plus, pour de nombreux physiciens au cours de deux siècles, la question même des limites d'applicabilité des lois de Newton semblait injustifiée.

En 1668, Newton retourna à Cambridge et reçut bientôt la chaire lucasienne de mathématiques. Cette chaise était auparavant occupée par son professeur I. Barrow, qui a cédé la chaise à son élève préféré afin de le subvenir financièrement. À cette époque, Newton était déjà l'auteur du binôme et le créateur (simultanément avec Leibniz, mais indépendamment de lui) de la méthode des fluxions - ce qu'on appelle aujourd'hui le calcul différentiel et intégral. En général, ce fut une période des plus fructueuses dans l’œuvre de Newton : en sept ans, de 1660 à 1667, ses idées principales se formèrent, dont l’idée de la loi de la gravitation universelle. Ne se limitant pas à la seule recherche théorique, il conçoit et commence dans les mêmes années à créer un télescope réfléchissant (réfléchissant). Ces travaux ont conduit à la découverte de ce que l'on appellera plus tard des « lignes d'égale épaisseur » d'interférence. (Newton, réalisant que « l'extinction de la lumière par la lumière » se manifestait ici, qui ne rentrait pas dans le modèle corpusculaire, a essayé de surmonter les difficultés qui ont surgi ici en introduisant l'hypothèse selon laquelle les corpuscules dans la lumière se déplacent par vagues - « marées ») . Le deuxième des télescopes fabriqués (améliorés) a servi de raison pour introduire Newton comme membre de la Royal Society de Londres. Lorsque Newton refusa d'adhérer, invoquant le manque de fonds pour payer les cotisations, il fut jugé possible, compte tenu de ses mérites scientifiques, de faire une exception pour lui, en l'exonérant du paiement de ces cotisations.

Étant par nature une personne très prudente (pour ne pas dire timide), Newton, contre son gré, se retrouvait parfois entraîné dans des discussions et des conflits douloureux. Ainsi, sa théorie de la lumière et des couleurs, esquissée en 1675, provoqua de telles attaques que Newton décida de ne rien publier sur l'optique de son vivant. Crochet, son adversaire le plus acharné. Newton a également dû participer à des événements politiques. De 1688 à 1694, il fut député. À cette époque, en 1687, son ouvrage principal «Principes mathématiques de la philosophie naturelle» était publié - la base de la mécanique de tous les phénomènes physiques, du mouvement des corps célestes à la propagation du son. Pendant plusieurs siècles, ce programme a déterminé le développement de la physique et son importance n'est pas épuisée à ce jour.

La maladie de Newton

Un énorme stress nerveux et mental constant a conduit au fait qu'en 1692, Newton est tombé malade d'un trouble mental. L'impulsion immédiate en fut un incendie dans lequel tous les manuscrits qu'il avait préparés furent perdus. Ce n'est qu'en 1694 qu'il, selon le témoignage Huygens, "... commence déjà à comprendre son livre "Principes"."

Le sentiment constant d'insécurité matérielle était sans aucun doute l'une des raisons de la maladie de Newton. Par conséquent, le poste de directeur de la Monnaie, tout en conservant son poste de professeur à Cambridge, était important pour lui. Se mettant au travail avec zèle et obtenant rapidement des succès notables, il fut nommé directeur en 1699. Il était impossible de combiner cela avec l'enseignement et Newton a déménagé à Londres. Fin 1703, il fut élu président de la Royal Society. À cette époque, Newton avait atteint le sommet de la gloire. En 1705, il fut élevé au rang de chevalier, mais, disposant d'un grand appartement, de six domestiques et d'une riche famille, il reste seul. Le temps de la créativité active est révolu, et Newton se limite à préparer l'édition de « Optique », la réimpression des « Principes » et l'interprétation des Saintes Écritures (il possède l'interprétation de l'Apocalypse, un essai sur le prophète Daniel) .

Newton a été enterré à l'abbaye de Westminster. L’inscription sur sa tombe se termine par ces mots : « Que les mortels se réjouissent qu’une telle parure du genre humain vive parmi eux. »

Au tournant des XIX-XX siècles. les limites d'applicabilité de la mécanique classique ont été identifiées (voir la section « Limites d'applicabilité de la mécanique classique » en fin d'article). Il s'est avéré qu'il donne des résultats extrêmement précis, mais uniquement dans les cas où il est appliqué à des corps dont la vitesse est bien inférieure à la vitesse de la lumière et dont la taille dépasse largement la taille des atomes et des molécules et à des distances ou dans des conditions où la la vitesse de propagation de la gravité peut être considérée comme infinie (une généralisation de la mécanique classique aux corps se déplaçant à une vitesse arbitraire est la mécanique relativiste, et aux corps dont les dimensions sont comparables à celles atomiques - la mécanique quantique ; les effets relativistes quantiques sont pris en compte par la théorie quantique des champs) .

Cependant, la mécanique classique conserve son importance car elle :

1. Beaucoup plus facile à comprendre et à utiliser que les autres théories.
2. Dans une large mesure, il décrit assez bien la réalité.

La mécanique classique peut être utilisée pour décrire le mouvement d'une très large classe d'objets physiques : des objets macroscopiques du quotidien (comme une toupie et une balle de baseball), des objets astronomiques (comme des planètes et des étoiles) et de nombreux objets microscopiques.

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Sous-titres

Concepts de base

La mécanique classique opère sur plusieurs concepts et modèles de base. Parmi eux figurent :

• Espace . On pense que le mouvement des corps se produit dans un espace euclidien, absolu (indépendant de l’observateur), homogène (deux points quelconques de l’espace sont indiscernables) et isotrope (deux directions quelconques de l’espace sont indiscernables).
• Le temps est un concept fondamental postulé en mécanique classique. On pense que le temps est absolu, homogène et isotrope (les équations de la mécanique classique ne dépendent pas de la direction de l'écoulement du temps).
• Le système de référence se compose d'un corps de référence (un certain corps, réel ou imaginaire, par rapport auquel le mouvement d'un système mécanique est considéré), d'un appareil de mesure du temps et d'un système de coordonnées.
• La masse est une mesure de l'inertie des corps.
• Un point matériel est un modèle d'objet qui a une masse dont les dimensions sont négligées dans le problème à résoudre. Les corps de taille non nulle peuvent subir des mouvements complexes car leur configuration interne peut changer (par exemple, le corps peut tourner ou se déformer). Cependant, dans certains cas, les résultats obtenus pour des points matériels sont applicables à de tels corps, si l'on considère ces corps comme des agrégats d'un grand nombre de points matériels en interaction. Les points matériels en cinématique et en dynamique sont généralement décrits par les quantités suivantes :
  • Vecteur de rayon r → (\displaystyle (\vec (r)))- un vecteur tracé depuis l'origine des coordonnées jusqu'à ce point dans l'espace qui sert de position actuelle du point matériel
  • La vitesse est un vecteur caractérisant l'évolution de la position d'un point matériel avec le temps et défini comme la dérivée du rayon vecteur par rapport au temps : v → = d r → d t (\displaystyle (\vec (v))=(\frac (d(\vec (r)))(dt)))
  • L'accélération est un vecteur caractérisant l'évolution de la vitesse d'un point matériel avec le temps et défini comme la dérivée de la vitesse par rapport au temps : 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))))
  • La masse est une mesure de l'inertie d'un point matériel ; est supposé constant dans le temps et indépendant de toute caractéristique du mouvement d'un point matériel et de son interaction avec d'autres corps.
  • L'élan (un autre nom est élan) est une grandeur physique vectorielle égale au produit de la masse d'un point matériel et de sa vitesse : p → = m v → .
  • (\displaystyle (\vec (p))=m(\vec (v)).) L'énergie cinétique est l'énergie de mouvement d'un point matériel, définie comme la moitié du produit de la masse du corps par le carré de sa vitesse : T = m v 2 2 . (\displaystyle T=(\frac (mv^(2))(2)).)
  • ou
  • T = p 2 2 m. (\displaystyle T=(\frac (p^(2))(2m)).) La force est une grandeur physique vectorielle, qui est une mesure de l'intensité de l'influence d'autres corps sur un corps donné, ainsi que des champs physiques. C'est une fonction des coordonnées et de la vitesse d'un point matériel, déterminant la dérivée de son élan par rapport au temps. Si le travail d'une force ne dépend pas du type de trajectoire le long de laquelle le corps s'est déplacé, mais est déterminé uniquement par ses positions initiale et finale, alors une telle force est appelée potentielle. Une interaction qui se produit par l’intermédiaire de forces potentielles peut être décrite par l’énergie potentielle. Par définition, l'énergie potentielle est fonction des coordonnées du corps

U (r →) (\displaystyle U((\vec (r))))

telle que la force agissant sur le corps est égale au gradient de cette fonction, pris avec le signe opposé :

F → = − ∇ U (r →) .

(\displaystyle (\vec (F))=-\nabla U((\vec (r))).)

Lois fondamentales

Le principe de relativité de Galilée Le principe principal sur lequel repose la mécanique classique est le principe de relativité, formulé par G. Galileo sur la base d'observations empiriques. Selon ce principe, il existe une infinité de systèmes de référence dans lesquels un corps libre est au repos ou se déplace avec une vitesse constante en ampleur et en direction. Ces systèmes de référence sont appelés inertiels et se déplacent les uns par rapport aux autres de manière uniforme et rectiligne. Dans tous les systèmes de référence inertiels, les propriétés de l’espace et du temps sont les mêmes et tous les processus des systèmes mécaniques obéissent aux mêmes lois. Ce principe peut également être formulé comme l’absence de systèmes de référence absolus, c’est-à-dire de systèmes de référence qui se distinguent d’une manière ou d’une autre des autres. Les lois de Newton

Loi de conservation de l'énergie

La loi de conservation de l'énergie est une conséquence des lois de Newton pour les systèmes conservateurs fermés (c'est-à-dire les systèmes dans lesquels seules les forces conservatrices agissent). La base fondamentale de cette loi est la propriété homogénéité du temps, et la relation entre la loi de conservation de l’énergie et cette propriété est à nouveau exprimée par le théorème de Noether.

Extension aux corps étendus

La mécanique classique comprend également une description des mouvements complexes d'objets non ponctuels étendus. L’extension des lois de la mécanique newtonienne à de tels objets est principalement due à Euler. La formulation moderne des lois d'Euler utilise également l'appareil des vecteurs tridimensionnels.

Les expressions ci-dessus pour l'impulsion et l'énergie cinétique ne sont valables que s'il n'y a pas de contribution électromagnétique significative. En électromagnétisme, la deuxième loi de Newton pour un fil porteur de courant est violée si la contribution du champ électromagnétique à l'impulsion du système n'est pas prise en compte ; une telle contribution est exprimée par le vecteur de Poynting divisé par c 2 où c est la vitesse de la lumière dans l’espace libre.

Histoire

Antiquité

La mécanique classique est née dans l’Antiquité principalement en relation avec des problèmes survenus lors de la construction. La première branche de la mécanique à se développer fut la statique, dont les bases furent posées dans les travaux d'Archimède au IIIe siècle avant JC. e. Il formule la règle du levier, le théorème de l'addition des forces parallèles, introduit la notion de centre de gravité et pose les bases de l'hydrostatique (force d'Archimède).

Moyen-âge

Nouvelle heure

17ème siècle

La pose des bases de la mécanique classique s'est terminée par les travaux d'Isaac Newton, qui a formulé les lois de la mécanique sous la forme la plus générale et découvert la loi de la gravitation universelle. En 1684, il établit la loi du frottement visqueux dans les liquides et les gaz.

Toujours au XVIIe siècle, en 1660, fut formulée la loi de la déformation élastique, portant le nom de son découvreur Robert Hooke.

XVIIIe siècle

19ème siècle

La mécanique classique est une théorie cohérente, c'est-à-dire qu'elle ne contient aucune affirmation qui se contredit. En général, elle est compatible avec d'autres théories « classiques » (telles que l'électrodynamique classique et la thermodynamique classique), mais à la fin du XIXe siècle certaines incohérences entre ces théories sont apparues ; la résolution de ces incohérences a marqué l’émergence de la physique moderne. En particulier:

• Les équations de l'électrodynamique classique sont non invariantes par rapport aux transformations galiléennes : puisque ces équations incluent (comme constante physique, constante pour tous les observateurs) la vitesse de la lumière, alors l'électrodynamique classique et la mécanique classique s'avèrent compatibles uniquement dans un domaine sélectionné. système de référence - associé à l'éther. Mais les tests expérimentaux n’ont pas révélé l’existence de l’éther, ce qui a conduit à la création de la théorie de la relativité restreinte (au sein de laquelle les équations de la mécanique ont été modifiées).
• Certaines affirmations de la thermodynamique classique sont également incompatibles avec la mécanique classique : leur application avec les lois de la mécanique classique conduit au paradoxe de Gibbs (selon lequel il est impossible de déterminer avec précision la valeur de l'entropie) et à la catastrophe ultraviolette (cette dernière signifie que

« Pensez aux bienfaits que nous apportent les bons exemples, et vous constaterez que la mémoire de personnes formidables n’est pas moins utile que leur présence. »

La mécanique est l'un des plus ancien Sci. Il est né et s'est développé sous l'influence demandes de pratique publique, et aussi grâce à activité abstraite de la pensée humaine. Même à l’époque préhistorique, les hommes créaient des bâtiments et observaient le mouvement de divers corps. Beaucoup lois du mouvement mécanique et de l'équilibre des corps matériels appris par l'humanité à travers des répétitions répétées, purement expérimentalement. Ce expérience socio-historique, transmis de génération en génération, et était celui le matériel source sur l'analyse duquel la mécanique en tant que science s'est développée. L'émergence et le développement de la mécaniqueétait étroitement lié à production, Avec besoins société humaine. « A un certain stade du développement de l'agriculture, écrit Engels, et dans certains pays (la production d'eau pour l'irrigation en Egypte), et surtout avec l'émergence des villes, des grands immeubles et le développement de l'artisanat, mécanique. Bientôt, cela deviendra également nécessaire pour les affaires maritimes et militaires.

D'abord les manuscrits et rapports scientifiques dans le domaine de la mécanique qui ont survécu jusqu'à ce jour appartiennent à anciens scientifiques d'Egypte et de Grèce. Les papyrus et les livres les plus anciens, dans lesquels ont été conservées des études sur certains des problèmes les plus simples de la mécanique, concernent principalement divers problèmes. statique, c'est-à-dire la doctrine de l'équilibre. Tout d'abord, nous devons ici nommer les œuvres du philosophe exceptionnel de la Grèce antique (384-322 av. J.-C.), qui a introduit le nom dans la terminologie scientifique. mécanique pour un vaste domaine de la connaissance humaine dans lequel sont étudiés les mouvements les plus simples des corps matériels observés dans la nature et créés par l'homme au cours de ses activités.

Aristote né dans la colonie grecque de Stagire en Thrace. Son père était médecin du roi de Macédoine. En 367, Aristote s'installe à Athènes, où il reçoit une formation philosophique à l'Académie du célèbre philosophe idéaliste en Grèce. Platon. En 343, Aristote prit le relais professeur d'Alexandre le Grand(Alexandre le Grand a dit : « J'honore Aristote sur un pied d'égalité avec mon père, car si je dois ma vie à mon père, alors je dois à Aristote tout ce qui lui donne de la valeur. »), plus tard célèbre commandant du monde antique. Sa propre école philosophique, appelée l'école Péripatétique, Aristote fonde en 335 à Athènes. Certaines positions philosophiques d'Aristote n'ont pas perdu de leur importance à ce jour. F. Engels a écrit : « Les philosophes grecs antiques étaient tous nés dialecticiens spontanés, et Aristote, le chef le plus universel d’entre eux, avait déjà exploré toutes les formes essentielles de la pensée dialectique. » Mais dans le domaine de la mécanique, ces grandes lois universelles de la pensée humaine n’ont pas été reflétées de manière fructueuse dans les œuvres d’Aristote.

Archimède possède un grand nombre inventions techniques, y compris le plus simple machine de levage d'eau (vis d'Archimède), qui a trouvé une application en Égypte pour drainer des terres culturelles inondées d'eau. Il s'est montré et comment ingénieur militaire tout en défendant sa ville natale de Syracuse (Sicile). Archimède a compris le pouvoir et la grande importance pour l'humanité d'une recherche scientifique précise et systématique, et on lui attribue les mots fiers : « Donnez-moi un endroit où me tenir et je déplacerai la Terre. »

Archimède est mort sous l'épée d'un soldat romain lors du massacre perpétré par les Romains lors de la prise de Syracuse. La légende raconte qu’Archimède, plongé dans l’examen de figures géométriques, aurait dit à un soldat qui s’approchait de lui : « Ne touche pas à mes dessins ». Le soldat, voyant dans ces paroles une insulte au pouvoir des vainqueurs, lui coupa la tête, et le sang d'Archimède souilla son travail scientifique.

Célèbre astronome antique Ptolémée(IIe siècle après JC - il existe des informations selon lesquelles Ptolémée (Claudius Ptolemaeus) a vécu et travaillé à Alexandrie de 127 à 141 ou 151. Selon les légendes arabes, il est mort à l'âge de 78 ans.) dans son œuvre " La grande construction mathématique de l'astronomie en 13 livres« a développé un système géocentrique du monde, dans lequel les mouvements visibles du firmament et des planètes étaient expliqués en partant de l'hypothèse que la Terre est immobile et située au centre de l'univers. Le firmament tout entier fait une révolution complète autour de la Terre en 24 heures, et les étoiles ne participent qu'au mouvement quotidien, gardant leur position relative inchangée ; les planètes, de plus, se déplacent par rapport à la sphère céleste, changeant de position par rapport aux étoiles. Les lois des mouvements apparents des planètes furent tellement établies par Ptolémée qu'il devint possible de pré-calculer leurs positions par rapport à la sphère des étoiles fixes.

Cependant, la théorie de Ptolémée sur la structure de l’univers était erronée ; cela a conduit à des modèles de mouvement planétaire inhabituellement complexes et artificiels et, dans certains cas, ne pouvait pas expliquer pleinement leurs mouvements apparents par rapport aux étoiles. Des écarts particulièrement importants entre les calculs et les observations ont été obtenus lors de la prévision des éclipses solaires et lunaires effectuée plusieurs années à l'avance.

Ptolémée n'adhère pas strictement à la méthodologie d'Aristote et mène des expériences systématiques sur la réfraction de la lumière. Observations physiologiques et optiques Ptolémée n'a pas perdu son intérêt à ce jour. Les angles de réfraction de la lumière qu'il a trouvés en passant de l'air à l'eau, de l'air au verre et de l'eau au verre étaient très précis pour son époque. Ptolémée remarquablement combiné en lui-même un mathématicien strict et un expérimentateur passionné.

Au Moyen Âge, le développement de toutes les sciences, ainsi que de la mécanique, ralenti. De plus, au cours de ces années, les monuments les plus précieux de la science, de la technologie et de l'art des anciens ont été détruits et détruits. Les fanatiques religieux ont effacé de la surface de la terre tous les acquis de la science et de la culture. La plupart des scientifiques de cette période adhèrent aveuglément à la méthode scolastique d'Aristote dans le domaine de la mécanique, considérant comme inconditionnellement correctes toutes les dispositions contenues dans les travaux de ce scientifique. Le système mondial géocentrique de Ptolémée a été canonisé. Les oppositions contre ce système du monde et les principes fondamentaux de la philosophie d’Aristote ont été considérées comme une violation des fondements des Saintes Écritures, et les chercheurs qui ont décidé de le faire ont été déclarés hérétiques. « La Popovchtchina a tué les vivants chez Aristote et a perpétué les morts », écrivait Lénine. Une scolastique morte et dénuée de sens remplissait les pages de nombreux traités. Des problèmes absurdes ont été posés et la connaissance précise a été persécutée et flétrie. Un grand nombre d’ouvrages sur la mécanique au Moyen Âge ont été consacrés à trouver « mobile perpétuel", c'est-à-dire machine à mouvement perpétuel, fonctionnant sans recevoir d’énergie de l’extérieur. Ces travaux, pour la plupart, ont peu contribué au développement de la mécanique. (L'idéologie du Moyen Âge a été bien exprimée par Mahomet, en disant : « Si les sciences enseignent ce qui est écrit dans le Coran, elles sont inutiles ; si elles enseignent autre chose , ils sont impies et criminels »). « Le Moyen Âge chrétien n'a rien laissé à la science », dit F. Engels dans « Dialectique de la nature ».

Le développement intensif de la mécanique a commencé en Renaissance dès le début du XVe siècle en Italie, puis dans d'autres pays. À cette époque, des progrès particulièrement importants dans le développement de la mécanique ont été réalisés grâce aux travaux (1452-1519), (1473-1543) et Galilée (1564-1642).

Célèbre artiste italien, mathématicien, mécanicien et ingénieur, Léonard de Vinci engagé dans des recherches sur la théorie des mécanismes (il a construit un tour elliptique), a étudié le frottement dans les machines, a étudié le mouvement de l'eau dans les tuyaux et le mouvement des corps sur un plan incliné. Il fut le premier à reconnaître l'extrême importance du nouveau concept de la mécanique : le moment de force par rapport à un point. En étudiant l'équilibre des forces agissant sur le bloc, il établit que le rôle du bras de force est joué par la longueur de la perpendiculaire descendue du point fixe du bloc jusqu'à la direction de la corde portant la charge. L'équilibre du bloc n'est possible que si les produits des forces et les longueurs des perpendiculaires correspondantes sont égales ; en d'autres termes, l'équilibre du bloc n'est possible qu'à la condition que la somme des moments de forces statiques par rapport au point de poids du bloc soit égale à zéro.

Une révolution révolutionnaire dans les conceptions de la structure de l’univers a été réalisée par un scientifique polonais qui, comme l’écrit au sens figuré sur son monument à Varsovie, « a arrêté le Soleil et a déplacé la Terre ». Nouveau, système héliocentrique du monde a expliqué le mouvement des planètes en partant du fait que le Soleil est un centre fixe autour duquel toutes les planètes se déplacent en cercles. Voici les paroles originales de Copernic, tirées de son œuvre immortelle : « Ce qui nous apparaît comme le mouvement du Soleil ne vient pas de son mouvement, mais du mouvement de la Terre et de sa sphère, avec laquelle nous tournons autour du Soleil. , comme n'importe quelle autre planète. La Terre a donc plus d’un mouvement. Les mouvements apparemment simples et rétrogrades des planètes ne sont pas dus à leur mouvement, mais au mouvement de la Terre. Ainsi, le mouvement de la Terre suffit à lui seul à expliquer tant d’inégalités visibles dans le ciel.

Dans les travaux de Copernic, la principale caractéristique du mouvement des planètes a été révélée et des calculs liés aux prédictions des éclipses solaires et lunaires ont été donnés. Les explications des mouvements apparents récurrents de Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne par rapport à la sphère des étoiles fixes ont acquis clarté, netteté et simplicité. Copernic a clairement compris la cinématique du mouvement relatif des corps dans l'espace. Il écrit : « Tout changement de position perçu se produit à la suite du mouvement soit de l'objet observé, soit de l'observateur, ou à la suite du mouvement des deux, si, bien entendu, ils sont différents l'un de l'autre ; car lorsque l’objet observé et l’observateur se déplacent de la même manière et dans la même direction, aucun mouvement n’est remarqué entre l’objet observé et l’observateur.

Vraiment scientifique La théorie de Copernic a permis d'obtenir un certain nombre de résultats pratiques importants : augmenter la précision des tables astronomiques, réformer le calendrier (introduire un nouveau style) et déterminer plus strictement la durée de l'année.

Travaux du brillant scientifique italien Galilée ont été fondamentaux pour le développement haut-parleurs.
La dynamique en tant que science a été fondée par Galilée, qui découvert de nombreuses propriétés très importantes des mouvements uniformément accélérés et uniformément décélérés. Les fondements de cette nouvelle science ont été posés par Galilée dans un livre intitulé Discours et preuves mathématiques concernant deux nouvelles branches de la science relatives à la mécanique et au mouvement local.

Au chapitre III, sur la dynamique, Galilée écrit : « Nous créons une science nouvelle dont le sujet est extrêmement ancien. Il n’y a rien dans la nature de plus ancien que le mouvement, mais les philosophes ont écrit très peu de choses significatives à son sujet. Par conséquent, j'ai étudié expérimentalement à plusieurs reprises ses caractéristiques, qui le méritent pleinement, mais jusqu'à présent inconnues ou non prouvées. Ainsi, par exemple, on dit que le mouvement naturel d’un corps qui tombe est un mouvement accéléré. Cependant, l’ampleur de l’accélération n’a pas encore été indiquée ; Autant que je sache, personne n'a encore prouvé que les espaces parcourus par un corps tombant dans des périodes de temps égales sont liés les uns aux autres comme des nombres impairs successifs. On a également remarqué que des corps ou des projectiles lancés décrivaient une certaine ligne courbe, mais personne n'a indiqué que cette ligne était une parabole.

Avant Galilée, les forces agissant sur les corps étaient généralement considérées dans un état d'équilibre et l'action des forces n'était mesurée que par des méthodes statiques (levier, balance). Galilée a souligné que la force est la cause des changements de vitesse et a ainsi établi méthode dynamique comparaison des forces. Les recherches de Galilée dans le domaine de la mécanique sont importantes non seulement pour les résultats qu'il a pu obtenir, mais aussi pour son introduction cohérente à la mécanique. expérimental méthode de recherche sur le mouvement.

Par exemple, la loi de l'isochronisme des oscillations du pendule à de petits angles de déviation et la loi du mouvement d'un point le long d'un plan incliné ont été étudiées par Galilée au moyen d'expériences soigneusement mises en scène.

Grâce aux travaux de Galilée, le développement de la mécanique est étroitement lié aux besoins technologie, Et expérience scientifique systématiquement présenté comme fructueux méthode de recherche phénomènes de mouvement mécanique. Galilée dit directement dans ses conversations que les observations du travail des « premiers » maîtres de l'arsenal vénitien et les conversations avec eux l'ont aidé à comprendre « les causes de phénomènes qui étaient non seulement étonnants, mais qui semblaient aussi complètement incroyables au début ». De nombreuses dispositions de la mécanique d'Aristote ont été clarifiées par Galilée (comme la loi sur l'addition des mouvements) ou très intelligemment réfutées par un raisonnement purement logique (la réfutation par la conduite d'expériences était alors considérée comme insuffisante). Nous présentons ici la preuve de Galilée pour caractériser le style, réfuter La position d'Aristote selon laquelle les corps lourds à la surface de la Terre tombent plus rapidement et les corps légers plus lentement. Le raisonnement est donné sous la forme d'une conversation entre un disciple de Galilée (Salviati) et d'Aristote (Simplicio) :

« Salviati: ... Sans autres expériences, par un raisonnement bref mais convaincant, nous pouvons clairement démontrer l'inexactitude de l'affirmation selon laquelle les corps plus lourds se déplacent plus vite que les corps plus légers, c'est-à-dire les corps de même substance, c'est-à-dire ceux dont parle Aristote. En fait, dites-moi, Senor Simplicio, reconnaissez-vous que chaque corps qui tombe a une certaine vitesse inhérente, qui ne peut être augmentée ou diminuée qu'en introduisant une nouvelle force ou un nouvel obstacle ?
Simplicité : Je ne doute pas que le même corps dans le même milieu ait une vitesse constante déterminée par la nature, qui ne peut augmenter que par l'application d'une force nouvelle, ni diminuer sauf à cause d'un obstacle ralentissant le mouvement.
Salviati: Ainsi, si nous avons deux corps qui tombent dont les vitesses naturelles sont différentes, et que nous connectons celui qui se déplace le plus rapidement avec celui qui se déplace le plus lentement, alors il est clair que le mouvement du corps tombant plus rapidement sera quelque peu retardé, et le mouvement du d'autres seront quelque peu accélérés. Avez-vous des objections à cette situation ?
Simplicité : Je pense que c'est tout à fait correct.
Salviati: Mais s'il en est ainsi, et s'il est en même temps vrai que la grande pierre se déplace, disons, à une vitesse de huit coudées, tandis que l'autre, plus petite, se déplace à une vitesse de quatre coudées, alors, en les reliant ensemble , il faut obtenir une vitesse inférieure à huit coudes ; cependant, deux pierres réunies forment un corps plus grand que l'original, qui avait une vitesse de huit coudées ; par conséquent, il s'avère que le corps le plus lourd se déplace à une vitesse inférieure à celle du corps le plus léger, ce qui est contraire à votre hypothèse. Vous voyez maintenant comment, de la proposition selon laquelle les corps plus lourds se déplacent avec une plus grande vitesse que les corps plus légers, je pourrais conclure que les corps plus lourds se déplacent moins vite.

Les phénomènes de chute uniformément accélérée d'un corps sur Terre ont été observés par de nombreux scientifiques avant Galilée, mais aucun d'entre eux n'a été en mesure de découvrir les véritables causes et les lois correctes qui expliquent ces phénomènes quotidiens. Lagrange note à ce propos qu’« il fallait un génie extraordinaire pour découvrir les lois de la nature dans de tels phénomènes qui étaient toujours sous les yeux, mais dont l’explication échappait néanmoins toujours aux recherches des philosophes ».

Donc, Galilée est le fondateur de la dynamique moderne. Galilée a clairement compris les lois de l'inertie et de l'action indépendante des forces sous leur forme moderne.

Galilée était un astronome d’observation exceptionnel et un ardent défenseur de la vision héliocentrique du monde. Après avoir radicalement amélioré le télescope, Galilée découvrit les phases de Vénus, les satellites de Jupiter et les taches du Soleil. Il a mené une lutte persistante et matérialiste contre la scolastique d’Aristote, le système délabré de Ptolémée et les canons anti-scientifiques de l’Église catholique. Galilée est l’un des grands hommes de science, « qui a su détruire l’ancien et créer le nouveau, malgré tous les obstacles, malgré tout ».
L'œuvre de Galilée se poursuit et se développe (1629-1695), qui développe théorie des oscillations d'un pendule physique et installé lois d'action des forces centrifuges. Huygens a étendu la théorie des mouvements accélérés et décélérés d'un point (le mouvement de translation d'un corps) au cas d'un système mécanique de points. Il s’agit d’une avancée significative puisqu’elle permet d’étudier les mouvements de rotation d’un corps rigide. Huygens a introduit en mécanique le concept de moment d'inertie du corps par rapport à l'axe et défini ce qu'on appelle « centre de balançoire" pendule physique. Pour déterminer le centre d'oscillation d'un pendule physique, Huygens est parti du principe selon lequel « un système de corps pesants se déplaçant sous l'influence de la gravité ne peut pas se déplacer de telle sorte que le centre de gravité commun des corps s'élève au-dessus de sa position initiale ». Huygens s'est également révélé être un inventeur. Il a créé la conception des horloges à pendule, inventé l'équilibreur-régulateur des montres de poche, construit les meilleurs tubes astronomiques de l'époque et fut le premier à voir clairement l'anneau de la planète Saturne.

Pour décrire des vitesses qui ne sont pas petites par rapport à la vitesse de la lumière, la relativité restreinte est nécessaire. Dans le cas où les objets deviennent extrêmement massifs, la relativité générale devient applicable. Cependant, un certain nombre de sources modernes intègrent la mécanique relativiste à la physique classique, qui, selon elles, représente la mécanique classique dans sa forme la plus développée et la plus précise.

Description de la théorie

Nous introduisons ci-dessous les concepts de base de la mécanique classique. Pour plus de simplicité, nous modélisons souvent des objets réels sous forme de particules ponctuelles (objets de petite taille). Le mouvement d’une particule ponctuelle est caractérisé par un petit nombre de paramètres : sa position, sa masse et les forces qui lui sont appliquées. Chacun de ces paramètres est discuté tour à tour.

En fait, les objets que la mécanique classique peut décrire ont toujours une taille non nulle. (Physique Très les petites particules, telles que l'électron, sont décrites avec plus de précision par la mécanique quantique.) Les objets de taille non nulle ont un comportement plus complexe que les particules ponctuelles hypothétiques, en raison de degrés de liberté supplémentaires, par exemple, une balle de baseball peut tourner pendant qu'elle se déplace. . Cependant, les résultats concernant les particules ponctuelles peuvent être utilisés pour étudier de tels objets en les traitant comme des objets composites constitués d'un grand nombre de particules ponctuelles agissant ensemble. Le centre de masse d'un objet composite se comporte comme une particule ponctuelle.

Position et ses dérivés

Position autour d'une particule ponctuelle sont définis par rapport à un système de coordonnées centré sur un point de référence fixe arbitraire dans l'espace appelé l'origine conclusion. Un simple système de coordonnées peut décrire la position d'une particule R. avec flèche écrite de vecteur avec inscription G, qui pointe depuis l'origine Ô au point P.. En général, le point de la particule ne doit pas être stationnaire par rapport à Ô. Dans les cas où R. se déplace par rapport à Ô , R. est défini en fonction de T, temps. Dans la relativité pré-Einstein (connue sous le nom de relativité galiléenne), le temps est considéré comme absolu, c'est-à-dire que l'intervalle de temps qui s'écoule entre une paire d'événements est le même pour tous les observateurs. En plus de s'appuyer sur le temps absolu, la mécanique classique suppose la géométrie euclidienne pour la structure de l'espace.

Vitesse et vitesse

Mathématiquement, si la vitesse du premier objet dans la discussion précédente est désignée par le vecteur U = Ud , et la vitesse du deuxième objet le long du vecteur à propos = à propose , Où à est la vitesse du premier objet, v est la vitesse du deuxième objet, et d Et e sont des vecteurs unitaires dans les directions de mouvement de chaque objet respectivement, puis la vitesse du premier objet telle que montrée par le deuxième objet

De même, le premier objet voit la vitesse du deuxième objet comme

Lorsque les deux objets se déplacent dans la même direction, cette équation peut être simplifiée

Ou bien, en ignorant la direction, la différence ne peut être donnée qu'en termes de vitesse :

accélération

Un référentiel inertiel est un référentiel au cours duquel un objet interagit sans aucune force (une situation idéalisée) et apparaît soit au repos, soit en mouvement uniforme en ligne droite. C'est la définition fondamentale d'un référentiel inertiel. Ils se caractérisent par l'exigence que toutes les forces entrant dans l'observateur des lois physiques proviennent de sources identifiables, provoquées par des champs tels que le champ électrostatique (causé par une charge électrique statique), le champ électromagnétique (causé par le mouvement des charges), le champ gravitationnel ( causée par la masse), et ainsi de suite.

Le concept clé des inertiels est la méthode de leur identification. Pour des raisons pratiques, les référentiels qui n'accélèrent pas des étoiles relativement éloignées (points extrêmement éloignés) sont considérés comme de bonnes approximations des inertielles. Bâtis d'accélération non inertiels par rapport à un bâti inertiel existant. Ils constituent la base de la théorie de la relativité d’Einstein. En raison du mouvement relatif, les particules dans un environnement non inertiel semblent se déplacer d'une manière qui n'est pas expliquée par les forces des champs existants dans le cadre de référence. Ainsi, il s'avère qu'il existe d'autres forces qui entrent dans l'équation du mouvement uniquement à la suite d'une accélération relative. Ces forces sont appelées forces fictives, forces d'inertie ou pseudo-forces.

Les transformations ont les conséquences suivantes :

• v "= v - U(vitesse v"les particules du point de vue S"est plus lent U que sa vitesse V du point de vue S)
• "= (l'accélération des particules est la même dans n'importe quel référentiel inertiel)
• F "= F(la force agissant sur la particule est la même dans n'importe quel référentiel inertiel)
• la vitesse de la lumière n'est pas une valeur constante en mécanique classique, et la position non particulière d'une vitesse de lumière donnée en mécanique relativiste a un analogue en mécanique classique.

Pour certaines tâches, il est pratique d'utiliser des coordonnées tournantes (cadres de référence). Ainsi, on peut soit stocker l'affichage dans un référentiel inertiel pratique, soit introduire des forces centrifuges et de Coriolis fictives supplémentaires.

force; Deuxième loi de Newton

Si le travail est effectué en déplaçant une particule de G 1 à G 2 n’est pas la même quel que soit le chemin emprunté, la force est dite conservatrice. La gravité est une force conservatrice, comme la force due à un ressort idéalisé, telle que donnée par la loi de Hooke. La force provoquée par le frottement n’est pas conservatrice.

constante dans le temps. Souvent utile car de nombreuses forces courantes sont conservatrices.

Outre les lois de Newton

La mécanique classique décrit également des mouvements plus complexes d'objets étendus, et non ponctuellement. Les lois d'Euler constituent une extension des lois de Newton dans ce domaine. Les concepts de moment cinétique reposent sur le même calcul que celui utilisé pour décrire le mouvement unidimensionnel. L'équation de la fusée élargit le concept de taux de changement de l'impulsion d'un objet pour inclure les effets d'une « perte de masse » d'un objet.

Il existe deux formulations alternatives importantes de la mécanique classique : la mécanique de Lagrange et la mécanique hamiltonienne. Ces préparations et d'autres modernes ont tendance à contourner le concept de « force », plutôt que de faire référence à d'autres grandeurs physiques telles que l'énergie, la vitesse et l'impulsion pour décrire les systèmes mécaniques dans des coordonnées généralisées.

L'expression ci-dessus pour l'impulsion et l'énergie cinétique n'est valable que lorsqu'il n'y a pas de contribution électromagnétique significative. En électromagnétisme, la deuxième loi de Newton pour les fils conducteurs échoue si elle n'inclut pas la contribution du champ à l'impulsion électromagnétique du système, exprimée par le vecteur de Poynting divisé par Avec 2 où Avec est la vitesse de la lumière dans l’espace libre.

Limites d'applicabilité

De nombreuses branches de la mécanique classique simplifient ou se rapprochent de formes plus précises ; deux des plus précis étant la relativité générale et la mécanique statistique relativiste. L'optique géométrique est une approximation de la théorie quantique de la lumière et n'a pas de forme « classique » supérieure.

Lorsque la mécanique quantique et la mécanique classique ne peuvent pas être appliquées, par exemple au niveau quantique avec de nombreux degrés de liberté, la théorie quantique des champs (QFT) est utilisée. QFT traite de petites distances et de grandes vitesses avec un grand nombre de degrés de liberté, ainsi que de la possibilité de tout changement dans le nombre de particules tout au long de l'interaction. Lors de la gestion de grands degrés de liberté au niveau macroscopique, la mécanique statistique devient utile. La mécanique statistique décrit le comportement d'un nombre important (mais dénombrable) de particules et leurs interactions dans leur ensemble au niveau macroscopique. La mécanique statistique est principalement utilisée en thermodynamique pour les systèmes qui se situent en dehors des limites des hypothèses de la thermodynamique classique. Dans le cas d’objets à grande vitesse approchant la vitesse de la lumière, la mécanique classique est renforcée. Dans le cas où les objets deviennent extrêmement lourds (c'est-à-dire que leur rayon de Schwarzschild n'est pas négligeable pour une application donnée), l'écart par rapport à la mécanique newtonienne deviendra apparent et pourra être quantifié à l'aide d'un formalisme post-newtonien paramétré. Dans ce cas, la Théorie Générale de la Relativité (GTR) devient applicable. Cependant, il n’existe toujours pas de théorie de la gravité quantique qui unifie la relativité générale et le QFT dans le sens où elle puisse être utilisée lorsque les objets deviennent extrêmement petits et lourds.

L'approximation de Newton à la relativité restreinte

En relativité restreinte, l'impulsion d'une particule est donnée par

Où T est la masse au repos de la particule, V sa vitesse, v est un module V, UN Avec est la vitesse de la lumière.

Si V très petit par rapport à Avec , v 2 / Avec 2 est approximativement égal à zéro, et ainsi de suite

Ainsi, l'équation newtonienne r = Tv est une approximation de l'équation relativiste pour les corps se déplaçant à de faibles vitesses par rapport à la vitesse de la lumière.

Par exemple, la fréquence relativiste d'un cyclotron, d'un gyrotron ou d'un magnétron haute tension est donnée par

Où e c est la fréquence classique d'un électron (ou d'une autre particule chargée) avec de l'énergie cinétique T et (le reste) des masses m 0 tournant dans un champ magnétique. La masse électronique (du reste) est de 511 keV. Par conséquent, la correction de fréquence est de 1 % pour un tube à vide magnétique à courant constant à une tension accélératrice de 5,11 kV.

approximation classique de la mécanique quantique

L'approximation du faisceau de la mécanique classique s'effondre lorsque la longueur d'onde de De Broglie n'est pas beaucoup plus petite que les autres dimensions du système. Pour les particules non relativistes, cette longueur d'onde

La mécanique classique est la même approximation extrême de la haute fréquence que l'optique géométrique. Il est plus souvent précis car il décrit des particules et un corps avec une masse au repos. Elles ont plus d'impulsion et donc des longueurs d'onde de Broglie plus courtes que les particules sans masse, comme la lumière, avec la même énergie cinétique.

histoire

L’étude du mouvement des corps est ancienne, ce qui fait de la mécanique classique l’un des sujets les plus anciens et les plus importants des sciences, de l’ingénierie et de la technologie.

Après Newton, la mécanique classique est devenue le principal domaine d’étude des mathématiques ainsi que de la physique. Plusieurs re-médicaments ont progressivement permis de trouver des solutions à un nombre beaucoup plus important de problèmes. La première reformulation notable date de 1788 par Joseph Louis Lagrange. La mécanique lagrangienne fut à son tour formulée à nouveau en 1833 par William Rowan Hamilton.

Certaines difficultés ont été découvertes à la fin du XIXe siècle et n’ont pu être résolues qu’avec l’aide d’une physique plus moderne. Certaines de ces difficultés concernaient la compatibilité avec la théorie électromagnétique et la célèbre expérience Michelson-Morley. La solution à ces problèmes a conduit à la théorie restreinte de la relativité, souvent encore considérée comme faisant partie de la mécanique classique.

La deuxième série de difficultés concerne la thermodynamique. Lorsqu'elle est combinée avec la thermodynamique, la mécanique classique conduit au paradoxe de Gibbs de la mécanique statistique classique, dans lequel l'entropie n'est pas une quantité bien définie. Le rayonnement du corps noir n'a pas été expliqué sans introduire

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Mécanique classique- un type de mécanique (branche de la physique qui étudie les lois des changements de position des corps dans l'espace au fil du temps et les causes qui les provoquent), basée sur les lois de Newton et le principe de relativité de Galilée. C’est pourquoi on l’appelle souvent « Mécanique newtonienne».

La mécanique classique est divisée en :

la statique (qui considère l'équilibre des corps)

cinématique (qui étudie la propriété géométrique du mouvement sans considérer ses causes)

dynamique (qui considère le mouvement des corps).

La mécanique classique donne des résultats très précis si son application est limitée aux corps dont les vitesses sont bien inférieures à la vitesse de la lumière, et dont les dimensions dépassent largement les dimensions des atomes et des molécules. Une généralisation de la mécanique classique aux corps se déplaçant à une vitesse arbitraire est la mécanique relativiste, et aux corps dont les dimensions sont comparables à celles des atomes, la théorie quantique des champs examine les effets relativistes quantiques.

Cependant, la mécanique classique conserve son importance car :

c'est beaucoup plus facile à comprendre et à utiliser que les autres théories

dans une large mesure, il décrit assez bien la réalité.

La mécanique classique peut être utilisée pour décrire le mouvement d'objets tels que des toupies et des balles de baseball, de nombreux objets astronomiques (tels que des planètes et des galaxies) et parfois même de nombreux objets microscopiques tels que des molécules.

La mécanique classique est une théorie cohérente, c'est-à-dire qu'elle ne contient aucune affirmation qui se contredit. Cependant, sa combinaison avec d’autres théories classiques, par exemple l’électrodynamique et la thermodynamique classiques, conduit à l’émergence de contradictions insolubles. En particulier, l’électrodynamique classique prédit que la vitesse de la lumière est constante pour tous les observateurs, ce qui est incompatible avec la mécanique classique. Au début du XXe siècle, cela a conduit à la nécessité de créer une théorie restreinte de la relativité. Considérée avec la thermodynamique, la mécanique classique conduit au paradoxe de Gibbs, dans lequel il est impossible de déterminer avec précision la valeur de l'entropie, et à la catastrophe ultraviolette, dans laquelle un corps complètement noir doit rayonner une quantité infinie d'énergie. Les tentatives visant à résoudre ces problèmes ont conduit à l’émergence et au développement de la mécanique quantique.

10 tickets IMAGE MÉCANIQUE DU MONDE THERMODYNAMIQUE.

Thermodynamique(grec θέρμη - « chaleur », δύναμις - « force ») - une branche de la physique qui étudie les relations et les transformations de la chaleur et d'autres formes d'énergie. La thermodynamique chimique, qui étudie les transformations physiques et chimiques associées au dégagement ou à l'absorption de chaleur, ainsi que le génie thermique, sont devenues des disciplines distinctes.

En thermodynamique, nous ne traitons pas de molécules individuelles, mais de corps macroscopiques constitués d'un grand nombre de particules. Ces corps sont appelés systèmes thermodynamiques. En thermodynamique, les phénomènes thermiques sont décrits par des grandeurs macroscopiques - pression, température, volume, ..., qui ne sont pas applicables aux molécules et atomes individuels.

En physique théorique, à côté de la thermodynamique phénoménologique, qui étudie la phénoménologie des processus thermiques, il existe la thermodynamique statistique, qui a été créée pour la justification mécanique de la thermodynamique et a été l'une des premières branches de la physique statistique.

La thermodynamique peut être appliquée à un large éventail de sujets scientifiques et technologiques, tels que les moteurs, les transitions de phase, les réactions chimiques, les phénomènes de transport et même les trous noirs. La thermodynamique est importante pour d'autres domaines de la physique et de la chimie, du génie chimique, du génie aérospatial, du génie mécanique, de la biologie cellulaire, du génie biomédical, de la science des matériaux, et utile dans d'autres domaines comme l'économie.

11 billets ÉLECTRODYNAMIQUE

Électrodynamique- une branche de la physique qui étudie le champ électromagnétique dans le cas le plus général (c'est-à-dire que les champs variables en fonction du temps sont pris en compte) et son interaction avec les corps ayant une charge électrique (interaction électromagnétique). Le sujet de l'électrodynamique comprend la connexion entre les phénomènes électriques et magnétiques, le rayonnement électromagnétique (dans différentes conditions, à la fois libres et dans divers cas d'interaction avec la matière), le courant électrique (en général variable) et son interaction avec le champ électromagnétique (courant électrique peut être envisagé lorsqu'il s'agit d'un ensemble de particules chargées en mouvement). Toute interaction électrique et magnétique entre des corps chargés est considérée dans la physique moderne comme se produisant via un champ électromagnétique et fait donc également l'objet de l'électrodynamique.

Le plus souvent sous le terme électrodynamique par défaut est compris classique l’électrodynamique, qui décrit uniquement les propriétés continues du champ électromagnétique à travers le système d’équations de Maxwell ; pour désigner la théorie quantique moderne du champ électromagnétique et son interaction avec les particules chargées, un terme stable est généralement utilisé électrodynamique quantique.

Billet 12 LE CONCEPT DE SYMÉTRIE EN SCIENCES NATURELLES

Théorème d'Emmy Noether déclare que chaque symétrie continue d’un système physique correspond à une certaine loi de conservation. Ainsi, la loi de conservation de l'énergie correspond à l'homogénéité du temps, la loi de conservation de la quantité de mouvement - homogénéité de l'espace, la loi de conservation du moment cinétique - isotropie de l'espace, la loi de conservation de la charge électrique - symétrie de jauge, etc. .

Le théorème est généralement formulé pour les systèmes qui ont une action fonctionnelle et exprime l'invariance du lagrangien par rapport à un groupe continu de transformations.

Le théorème a été établi dans les travaux de scientifiques de l'école de Göttingen D. Gilberta, F. KleinaiE. Noéther. La formulation la plus courante a été prouvée par Emmy Noether en 1918.

Types de symétries trouvées en mathématiques et en sciences :

symétrie bilatérale - symétrie par rapport à la réflexion du miroir. (Symétrie bilatérale)

symétrie du nième ordre - symétrie par rapport à un angle de rotation de 360°/n autour de n'importe quel axe.

Décrit par le groupe Zn.

symétrie axiale (symétrie radiale, symétrie radiale) - symétrie par rapport à la rotation selon un angle arbitraire autour de n'importe quel axe. Décrit par le groupeSO(2).

symétrie sphérique - symétrie par rapport aux rotations dans l'espace tridimensionnel à des angles arbitraires. Décrit par le groupe SO(3). La symétrie sphérique locale de l'espace ou du milieu est également appelée isotropie.

la symétrie de rotation est une généralisation des deux symétries précédentes.

symétrie translationnelle - symétrie par rapport aux déplacements spatiaux dans n'importe quelle direction sur une certaine distance.

Invariance de Lorentz - symétrie par rapport aux rotations arbitraires dans l'espace-temps de Minkowski.

invariance de jauge - indépendance de la forme des équations des théories de jauge dans la théorie quantique des champs (en particulier les théories de Yang-Mills) sous transformations de jauge.

supersymétrie - symétrie de la théorie concernant le remplacement des bosons par des fermions.

symétrie supérieure - symétrie dans l'analyse de groupe.

la kinosymétrie est un phénomène de configuration électronique (le terme a été introduit par S. A. Shchukarev, qui l'a découvert), qui détermine la périodicité secondaire (découverte par E. V. Biron).

13 stations-service(Théorie spéciale de la relativité CENT ; Aussi théorie spéciale de la relativité

) - une théorie qui décrit le mouvement, les lois de la mécanique et les relations espace-temps à des vitesses de mouvement arbitraires inférieures à la vitesse de la lumière dans le vide, y compris celles proches de la vitesse de la lumière. Dans le cadre de la relativité restreinte, la mécanique newtonienne classique est une approximation à faible vitesse. Une généralisation du STR pour les champs gravitationnels est appelée relativité générale. Les écarts au cours des processus physiques par rapport aux prédictions de la mécanique classique décrites par la théorie de la relativité restreinte sont appelés, et les vitesses auxquelles ces effets deviennent significatifs sont vitesses relativistes.

OTO à 14 billets

Théorie générale de la relativité(GTO;Allemand toute la théorie de la relativité) est une théorie géométrique de la gravité, développant la théorie de la relativité restreinte (STR), publiée par Albert Einstein en 1915-1916. Dans le cadre de la théorie de la relativité générale, comme dans d'autres théories métriques, il est postulé que les effets gravitationnels ne sont pas causés par l'interaction des forces des corps et des champs situés dans l'espace-temps, mais par la déformation de l'espace-temps lui-même, qui est associée notamment à la présence de masse-énergie. La relativité générale diffère des autres théories métriques de la gravité en utilisant les équations d'Einstein pour relier la courbure de l'espace-temps à la matière qui y est présente.

La relativité générale est actuellement la théorie de la gravité la plus aboutie, bien confirmée par les observations. Le premier succès de la théorie de la relativité générale fut d’expliquer la précession anormale du périhélie de Mercure. Puis, en 1919, Arthur Eddington rapporta l'observation d'une déviation de la lumière près du Soleil au moment d'une éclipse totale, ce qui confirma qualitativement et quantitativement les prédictions de la relativité générale. Depuis lors, de nombreuses autres observations et expériences ont confirmé un nombre important de prédictions de la théorie, notamment la dilatation gravitationnelle du temps, le redshift gravitationnel, le retard du signal dans le champ gravitationnel et, jusqu'à présent, seulement indirectement, le rayonnement gravitationnel. De plus, de nombreuses observations sont interprétées comme la confirmation de l'une des prédictions les plus mystérieuses et exotiques de la théorie de la relativité générale : l'existence de trous noirs.

Malgré le succès retentissant de la théorie de la relativité générale, il existe un malaise au sein de la communauté scientifique, lié, d'une part, au fait qu'elle ne peut être reformulée comme la limite classique de la théorie quantique, et d'autre part, au fait que la théorie elle-même indique les limites de son applicabilité, puisqu’elle prédit l’apparition de divergences physiques inamovibles lorsqu’on considère les trous noirs et les singularités spatio-temporelles en général. Pour résoudre ces problèmes, un certain nombre de théories alternatives ont été proposées, dont certaines sont également quantiques. Les données expérimentales modernes indiquent cependant que tout type d’écart par rapport à la relativité générale devrait être très faible, voire inexistant.

15 billets EXPANSION DE L'UNIVERS.

Expansion de l'Univers- un phénomène consistant en une expansion presque uniforme et isotrope de l'espace extra-atmosphérique à l'échelle de l'Univers tout entier. Expérimentalement, l'expansion de l'Univers est observée sous la forme de l'accomplissement de la loi de Hubble. La science considère le Big Bang comme le début de l’expansion de l’Univers. Théoriquement, le phénomène a été prédit et confirmé par A. Friedman à un stade précoce du développement de la théorie de la relativité générale à partir de considérations philosophiques générales sur l'homogénéité et l'isotropie de l'Univers.

La loi de Hubble(loi de récession universelle des galaxies) - une loi empirique qui relie le redshift d'une galaxie et sa distance à elle de manière linéaire :

Où z- redshift de la galaxie, D- la distance jusqu'à lui, H 0 est un coefficient de proportionnalité appelé constante de Hubble. À faible valeur z l'égalité approximative est satisfaite cz=V r, Où V r est la vitesse de la galaxie le long de la ligne de mire de l’observateur, c- la vitesse de la lumière. Dans ce cas, la loi prend la forme classique :

Cet âge est le temps caractéristique d'expansion de l'Univers à l'heure actuelle et correspond, jusqu'à un facteur 2, à l'âge de l'Univers calculé à l'aide du modèle cosmologique standard de Friedmann.

MODÈLE FRIEDMAN À 16 billets.

L'univers de Friedman(Métrique de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker) est l'un des modèles cosmologiques qui satisfont aux équations de champ de la relativité générale, le premier des modèles non stationnaires de l'Univers. Obtenu par Alexander Friedman en 1922. Le modèle de Friedman décrit un isotrope homogène non stationnaire Un univers avec de la matière qui a une courbure constante positive, nulle ou négative. Ce travail du scientifique est devenu le principal développement théorique de la relativité générale après les travaux d'Einstein en 1915-1917.

singularité gravitationnelle- une région de l'espace-temps à travers laquelle il est impossible de prolonger une ligne géodésique. Souvent, la courbure du continuum espace-temps se tourne vers l'infini, ou la métrique a d'autres propriétés pathologiques qui ne permettent pas une interprétation physique (par exemple, singularité cosmologique- l'état de l'Univers au moment initial du Big Bang, caractérisé par une densité et une température de matière infinies) ;

17 billets THÉORIE DU BIG BANG.

Rayonnement CMB(ou rayonnement de fond cosmique à micro-ondes Anglais rayonnement de fond cosmique à micro-ondes) - rayonnement électromagnétique cosmique avec un degré élevé d'isotropie et un spectre caractéristique d'un corps absolument noir avec une température de 2,725 K.

L’existence d’un fond de rayonnement cosmique micro-ondes a été prédite théoriquement dans le cadre de la théorie du Big Bang. Bien que de nombreux aspects de la théorie originale du Big Bang aient été révisés, les principes fondamentaux qui permettaient de prédire la température du rayonnement relique sont restés inchangés. On pense que le rayonnement relique a été préservé dès les premiers stades de l'existence de l'Univers et le remplit uniformément. Son existence a été confirmée expérimentalement en 1965. Avec le redshift cosmologique, le rayonnement de fond cosmique micro-onde est considéré comme l'une des principales confirmations de la théorie du Big Bang.

Grand coup(Anglais) Big Bang) est un modèle cosmologique qui décrit le développement précoce de l'Univers, à savoir le début de l'expansion de l'Univers, avant lequel l'Univers était dans un état singulier.

Habituellement, nous combinons automatiquement la théorie du Big Bang et le modèle de l'Univers chaud, mais ces concepts sont indépendants et historiquement, il existait également le concept d'un Univers initial froid à proximité du Big Bang. C'est la combinaison de la théorie du Big Bang avec la théorie d'un Univers chaud, étayée par l'existence d'un fond diffus cosmologique, qui est examinée plus en détail.

18 billets VIDE SPATIAL

Vide(lat. vide- vide) - espace libre de matière. En ingénierie et en physique appliquée, le vide est compris comme un milieu contenant du gaz à des pressions nettement inférieures à la pression atmosphérique. Le vide est caractérisé par la relation entre la longueur du libre parcours des molécules de gaz λ et la taille caractéristique du milieu. d. Sous d la distance entre les parois de la chambre à vide, le diamètre de la canalisation à vide, etc. peuvent être pris en fonction de la valeur du rapport λ/. d Il existe un vide faible (), moyen () et élevé ().

Il faut distinguer les concepts vide physique Et vide technique.

19 billets MÉCANIQUE QUANTIQUE

Mécanique quantique- une section de physique théorique qui décrit des phénomènes physiques dans lesquels l'action est comparable en ampleur à la constante de Planck. Les prédictions de la mécanique quantique peuvent différer considérablement de celles de la mécanique classique. La constante de Planck étant une valeur extrêmement petite comparée aux effets des objets du quotidien, les effets quantiques n'apparaissent généralement qu'à des échelles microscopiques. Si l'action physique du système est bien supérieure à la constante de Planck, la mécanique quantique se transforme organiquement en mécanique classique. À son tour, la mécanique quantique est une approximation non relativiste (c'est-à-dire une approximation des basses énergies par rapport à l'énergie restante des particules massives du système) de la théorie quantique des champs.

La mécanique classique, qui décrit bien les systèmes à l’échelle macroscopique, n’est pas capable de décrire les phénomènes au niveau des atomes, des molécules et des électrons-viphotons. La mécanique quantique décrit de manière adéquate les propriétés et le comportement de base des atomes, des ions, des molécules, de la matière condensée et d'autres systèmes dotés d'une structure électron-nucléaire. La mécanique quantique est également capable de décrire le comportement des électrons, des photons et d'autres particules élémentaires, mais une description relativistement invariante plus précise des transformations des particules élémentaires est construite dans le cadre de la théorie quantique des champs. Les expériences confirment les résultats obtenus grâce à la mécanique quantique.

Les principaux concepts de la cinématique quantique sont les concepts d'observable et d'état.

Les équations de base de la dynamique quantique sont l'équation de Schrödinger, l'équation de von Neumann, l'équation de Lindblad, l'équation de Heisenberg et l'équation de Pauli.

Les équations de la mécanique quantique sont étroitement liées à de nombreuses branches des mathématiques, notamment : la théorie des opérateurs, la théorie des probabilités, l'analyse fonctionnelle, les algèbres d'opérateurs et la théorie des groupes.

Corps absolument noir- une idéalisation physique utilisée en thermodynamique, un corps qui absorbe tout rayonnement électromagnétique incident sur lui dans toutes les gammes et ne réfléchit rien. Malgré son nom, un corps noir lui-même peut émettre un rayonnement électromagnétique de n'importe quelle fréquence et avoir visuellement une couleur. Le spectre de rayonnement d'un corps noir est déterminé uniquement par sa température.

L'importance d'un corps absolument noir dans la question du spectre de rayonnement thermique de tout corps (gris et coloré) en général, outre le fait qu'il représente le cas le plus simple et non trivial, réside également dans le fait que la question du spectre de rayonnement thermique d'équilibre de corps de n'importe quelle couleur et coefficient de réflexion est réduit par les méthodes de la thermodynamique classique à la question du rayonnement d'un corps absolument noir (et historiquement cela se faisait déjà à la fin du 19e siècle, lorsque le problème du rayonnement d'un corps absolument noir est apparu).

Les substances réelles les plus noires, par exemple la suie, absorbent jusqu'à 99 % du rayonnement incident (c'est-à-dire qu'elles ont un albédo de 0,01) dans la plage de longueurs d'onde visible, mais elles absorbent bien moins le rayonnement infrarouge. Parmi les corps du système solaire, le Soleil possède le plus les propriétés d'un corps absolument noir.

Le terme a été introduit par Gustav Kirchhoff en 1862.

20 tickets PRINCIPES DE LA MÉCANIQUE QUANTIQUE

Tous les problèmes de la physique moderne peuvent être divisés en deux groupes : les problèmes de la physique classique et les problèmes de la physique quantique. Lorsqu'on étudie les propriétés des corps macroscopiques ordinaires, on ne rencontre presque jamais de problèmes quantiques, car les propriétés quantiques ne deviennent perceptibles que dans le micromonde. Par conséquent, la physique du XIXe siècle, qui étudiait uniquement les corps macroscopiques, ignorait totalement les processus quantiques. C'est de la physique classique. Il est caractéristique de la physique classique de ne pas prendre en compte la structure atomique de la matière. De nos jours, le développement de la technologie expérimentale a tellement repoussé les limites de notre connaissance de la nature que nous connaissons désormais, de manière très détaillée, les détails exacts des atomes et des molécules individuels. La physique moderne étudie la structure atomique de la matière et, par conséquent, les principes de la vieille physique classique du XIXe siècle. a dû changer en fonction de faits nouveaux et changer radicalement. Ce changement de principes est la transition vers la physique quantique

21 billets WAVE DUALISME PARTICULIER

Dualisme particule-onde- le principe selon lequel tout objet peut présenter à la fois des propriétés ondulatoires et corpusculaires. Elle a été introduite lors du développement de la mécanique quantique pour interpréter les phénomènes observés dans le micromonde du point de vue des concepts classiques. Un autre développement du principe de dualité onde-particule a été le concept de champs quantifiés dans la théorie quantique des champs.

À titre d’exemple classique, la lumière peut être interprétée comme un flux de corpuscules (photons) qui, dans de nombreux effets physiques, présentent les propriétés des ondes électromagnétiques. La lumière présente des propriétés ondulatoires dans les phénomènes de diffraction et d’interférence à des échelles comparables à la longueur d’onde de la lumière. Par exemple, même célibataire les photons passant à travers la double fente créent un motif d'interférence sur l'écran, déterminé par les équations de Maxwell.

Cependant, l'expérience montre qu'un photon n'est pas une courte impulsion de rayonnement électromagnétique ; par exemple, il ne peut pas être divisé en plusieurs faisceaux par des séparateurs de faisceaux optiques, comme l'a clairement montré une expérience menée par les physiciens français Grangier, Roger et Aspe en 1986. . Les propriétés corpusculaires de la lumière se manifestent par l'effet photoélectrique et l'effet Compton. Un photon se comporte également comme une particule émise ou absorbée entièrement par des objets dont les dimensions sont bien inférieures à sa longueur d'onde (par exemple, des noyaux atomiques), ou peut généralement être considérée comme ponctuelle (par exemple, un électron).

Pour le moment, le concept de dualité onde-particule n'a qu'un intérêt historique, car il n'a servi que d'interprétation, de moyen de décrire le comportement des objets quantiques, en sélectionnant pour cela des analogies issues de la physique classique. En fait, les objets quantiques ne sont ni des ondes classiques ni des particules classiques, n’acquérant les propriétés de la première ou de la seconde qu’à une certaine approximation. D'un point de vue méthodologique, la formulation de la théorie quantique à travers des intégrales de chemin (propagateur), libre de l'utilisation de concepts classiques, est plus correcte.

22 tickets CONCEPT DE LA STRUCTURE DE L'ATOME MODÈLES DE L'ATOME.

Le modèle atomique de Thomson(modèle « Pudding aux raisins secs », anglais. Modèle de pudding aux prunes).J.

J. Thomson a proposé de considérer l'atome comme un corps chargé positivement contenant des électrons enfermés à l'intérieur. Elle fut finalement réfutée par Rutherford après sa célèbre expérience sur la diffusion des particules alpha.

Premier modèle planétaire de l'atome de Nagaoka.

En 1911, Ernest Rutherford, après avoir mené une série d'expériences, arriva à la conclusion que l'atome est une sorte de système planétaire dans lequel les électrons se déplacent sur des orbites autour d'un noyau lourd et chargé positivement situé au centre de l'atome (« l'atome de Rutherford modèle"). Cependant, une telle description de l’atome entre en conflit avec l’électrodynamique classique. Le fait est que, selon l'électrodynamique classique, un électron, lorsqu'il se déplace avec une accélération rapide, devrait émettre des ondes électromagnétiques et donc perdre de l'énergie. Les calculs ont montré que le temps nécessaire à un électron d'un tel atome pour tomber sur le noyau est absolument insignifiant. Pour expliquer la stabilité des atomes, Niels Bohr a dû introduire des postulats, qui se résumaient au fait qu'un électron dans un atome, étant dans certains états énergétiques particuliers, n'émet pas d'énergie (« modèle de l'atome de Bohr-Rutherford »).

Les postulats de Bohr ont montré que la mécanique classique est inapplicable pour décrire l'atome.

Une étude plus approfondie du rayonnement atomique a conduit à la création de la mécanique quantique, qui a permis d'expliquer la grande majorité des faits observés.

Atome(grec détaillé : ἄτομος - indivisible) - la plus petite partie chimiquement indivisible d'un élément chimique, qui est porteuse de ses propriétés.

Un atome est constitué d'un noyau atomique et d'électrons.

Le noyau d'un atome est constitué de protons chargés positivement et de neutrons non chargés.

Si le nombre de protons dans le noyau coïncide avec le nombre d'électrons, alors l'atome dans son ensemble s'avère électriquement neutre.

Sinon, il a une charge positive ou négative et est appelé un ion.

Les atomes sont classés selon le nombre de protons et de neutrons dans le noyau : le nombre de protons détermine si l'atome appartient à un certain élément chimique, et le nombre de neutrons détermine l'isotope de cet élément.

Des atomes de différents types en différentes quantités, reliés par des liaisons interatomiques, forment des molécules. Billet 23 INTERACTIONS FONDAMENTALES.

Des recherches sont en cours pour d'autres types d'interactions fondamentales, à la fois dans les phénomènes du micromonde et à l'échelle cosmique, mais jusqu'à présent, aucun autre type d'interaction fondamentale n'a été découvert.

En physique, l'énergie mécanique est divisée en deux types : l'énergie cinétique potentielle. La raison du changement dans le mouvement des corps (changements d'énergie cinétique) est la force (énergie potentielle) (voir la deuxième loi de Newton, en explorant le monde qui nous entoure, nous pouvons remarquer de nombreuses forces différentes : la gravité, la tension du fil, la force de compression du ressort). , force de collision des corps , force de frottement, force de résistance de l'air, force d'explosion, etc. Cependant, lorsque la structure atomique de la matière a été clarifiée, il est devenu clair que toute la variété de ces forces est le résultat de l'interaction des atomes les uns avec les autres . Étant donné que le principal type d’interaction interatomique est électromagnétique, il s’avère que la plupart de ces forces ne sont que diverses manifestations de l’interaction électromagnétique. L'une des exceptions est, par exemple, la force de gravité, dont la cause est l'interaction gravitationnelle entre les corps et la masse.

24 tickets PARTICULES ÉLÉMENTAIRES ET LEURS PROPRIÉTÉS

Particule élémentaire- terme collectif désignant des micro-objets à l'échelle subnucléaire qui ne peuvent être décomposés en leurs éléments constitutifs.

Il convient de garder à l'esprit que certaines particules élémentaires (électrons, photons, quarks, etc.) sont actuellement considérées comme sans structure et sont considérées comme primaires. particules fondamentales. D'autres particules élémentaires (appelées particules composites-proton, neutrons, etc.) ont une structure interne complexe, mais néanmoins, selon les concepts modernes, il est impossible de les diviser en parties (voir Confinement).

La structure et le comportement des particules élémentaires sont étudiés par la physique des particules.

Article principal :Quarks

Les quarks et antiquarks n'ont jamais été découverts à l'état libre - cela s'explique par le phénomène de confinement. Sur la base de la symétrie entre les leptons et les quarks manifestée dans l'interaction électromagnétique, des hypothèses sont avancées selon lesquelles ces particules sont constituées de particules plus fondamentales - les préons.

25 billets CONCEPT DE BIFURCATION.POINT DE BIFURCATION

La bifurcation est l'acquisition d'une nouvelle qualité dans les mouvements d'un système dynamique avec un petit changement dans ses paramètres.

Le concept central de la théorie de la bifurcation est le concept de système (non) rugueux (voir ci-dessous). Nous prenons n'importe quel système dynamique et considérons une famille de systèmes dynamiques (multi)paramétriques telle que le système d'origine est obtenu comme un cas particulier - pour toute valeur du ou des paramètres. Si, avec des valeurs de paramètres suffisamment proches de celle donnée, une image qualitative de la division de l'espace des phases en trajectoires est préservée, alors un tel système est appelé rugueux. Sinon, si un tel voisinage n’existe pas, alors le système est appelé pas dur.

Ainsi, dans l'espace des paramètres, apparaissent des régions de systèmes rugueux, séparées par des surfaces constituées de systèmes non rugueux. La théorie des bifurcations étudie la dépendance d'une image qualitative à un changement continu d'un paramètre le long d'une certaine courbe. Le schéma par lequel l'image qualitative change est appelé diagramme de bifurcation.

Les principales méthodes de la théorie de la bifurcation sont les méthodes de la théorie des perturbations. Il s'applique notamment méthode des petits paramètres(Pontriagina).

Point de bifurcation- changement du mode de fonctionnement établi du système. Un terme issu de la thermodynamique et des synergies hors équilibre.

Point de bifurcation- un état critique du système, dans lequel le système devient instable par rapport aux fluctuations et une incertitude surgit : si l'état du système deviendra chaotique ou s'il passera à un nouveau niveau d'ordre plus différencié et plus élevé. Un terme issu de la théorie de l'auto-organisation.

26 tickets SYNERGÉTIQUES – LA SCIENCE DES SYSTÈMES OUVERTS AUTO-ORGANISATEURS

Synergie(grec ancien συν - un préfixe ayant le sens de compatibilité et ἔργον - « activité ») est un domaine interdisciplinaire de recherche scientifique dont la tâche est d'étudier les phénomènes et processus naturels sur la base des principes d'auto-organisation des systèmes. (composé de sous-systèmes). "...Science qui étudie les processus d'auto-organisation et l'émergence, le maintien, la stabilité et la désintégration de structures de nature les plus variées...".

La synergie a été initialement déclarée comme une approche interdisciplinaire, puisque les principes régissant les processus d'auto-organisation semblent être les mêmes (quelle que soit la nature des systèmes), et qu'un appareil mathématique général devrait convenir à leur description.

D'un point de vue idéologique, la synergie est parfois positionnée comme un « évolutionnisme global » ou une « théorie universelle de l'évolution », qui fournit une base unifiée pour décrire les mécanismes d'émergence de toute innovation, tout comme la cybernétique était autrefois définie comme une « théorie universelle de l'évolution ». théorie du contrôle », convient également pour décrire toutes opérations de régulation et d’optimisation : dans la nature, dans la technologie, dans la société, etc., etc. Cependant, le temps a montré que l’approche cybernétique générale n’a pas justifié tous les espoirs placés en elle. De même, une interprétation large de l’applicabilité des méthodes synergétiques est également critiquée.

Le concept de base de la synergie est la définition de la structure comme État, résultant du comportement multivarié et ambigu de telles structures multi-éléments ou environnements multi-facteurs qui ne se dégradent pas jusqu'au type thermodynamique de norme de moyenne pour les systèmes fermés, mais se développent en raison de l'ouverture, de l'afflux d'énergie de l'extérieur , la non-linéarité des processus internes, l'émergence de régimes spéciaux avec exacerbations de la présence de plus d'un état stable. Dans les systèmes indiqués, ni la deuxième loi de la thermodynamique ni le théorème de Prigogine sur le taux minimum de production d’entropie ne sont applicables, ce qui peut conduire à la formation de nouvelles structures et systèmes, y compris ceux plus complexes que les originaux.

Ce phénomène est interprété par la synergie comme un mécanisme universel de sens d'évolution observé partout dans la nature : de l'élémentaire et primitif au complexe et plus parfait.

Dans certains cas, la formation de nouvelles structures a un caractère ondulatoire régulier, et elles sont alors appelées processus d'auto-ondes (par analogie avec les auto-oscillations).

27 ticket LE CONCEPT DE VIE LE PROBLEME DE L'ORIGINE DE LA VIE.

Vie- une forme active d'existence d'une substance, dans un sens supérieur à ses formes physiques et chimiques d'existence ; un ensemble de processus physiques et chimiques se produisant dans une cellule qui permettent l'échange de matière et sa division. Le principal attribut de la matière vivante est l’information génétique utilisée pour la réplication. Le concept de « vie » ne peut être défini plus ou moins précisément qu'en énumérant les qualités qui le distinguent de la non-vie. La vie n'existe pas en dehors de la cellule ; les virus ne présentent les propriétés de la matière vivante qu'après le transfert du matériel génétique dans la cellule. source non précisée 268 jours] . En s'adaptant à son environnement, une cellule vivante forme toute la diversité des organismes vivants.

En outre, le mot « vie » désigne la période d'existence d'un organisme individuel depuis son origine jusqu'à sa mort (ontogenèse).

En 1860, le chimiste français Louis Pasteur s'attaque au problème de l'origine de la vie. Grâce à ses expériences, il a prouvé que les bactéries sont omniprésentes et que les matériaux non vivants peuvent facilement être contaminés par des êtres vivants s'ils ne sont pas correctement stérilisés. Le scientifique a fait bouillir divers milieux dans de l’eau dans lesquels des micro-organismes pourraient se former. Avec une ébullition supplémentaire, les micro-organismes et leurs spores sont morts. Pasteur a attaché un flacon scellé avec une extrémité libre à un tube en forme de S. Les spores de micro-organismes se sont déposées sur le tube incurvé et n'ont pas pu pénétrer dans le milieu nutritif. Un milieu nutritif bien bouilli est resté stérile ; l'origine de la vie n'y a pas été détectée, malgré le fait qu'un accès à l'air ait été assuré.

À la suite d'une série d'expériences, Pasteur a prouvé la validité de la théorie de la biogenèse et a finalement réfuté la théorie de la génération spontanée.

Billet 28 LE CONCEPT DE L’ORIGINE DE LA VIE D’OPARIN