L'objectif principal de ce chapitre est de s'assurer que l'étudiant comprend la structure conceptuelle de la mécanique classique. À la suite de l’étude de la matière de ce chapitre, l’étudiant doit :

savoir

• concepts de base de la mécanique classique et comment les contrôler ;
• principes de moindre action et d'invariance, lois de Newton, concepts de force, déterminisme, masse, extension, durée, temps, espace ;

être capable de

• déterminer la place de tout concept au sein de la mécanique classique ;
• donner à tout phénomène mécanique une interprétation conceptuelle ;
• expliquer les phénomènes mécaniques par la dynamique ;

propre

• compréhension conceptuelle des situations problématiques actuelles liées à l'interprétation des concepts physiques ;
• une attitude critique envers les points de vue de divers auteurs ;
• la théorie de la transduction conceptuelle.

Mots clés: principe de moindre action, lois de Newton, espace, temps, dynamique, cinématique.

Création de mécanique classique

Rares sont ceux qui doutent que Newton ait accompli un exploit scientifique avec la création de la mécanique classique. Cela consistait dans le fait que pour la première fois la loi différentielle du mouvement des objets physiques était présentée. Grâce aux travaux de Newton, la connaissance physique a atteint un niveau jamais atteint auparavant. Il a réussi à créer un chef-d'œuvre théorique qui a déterminé l'orientation principale du développement de la physique pendant au moins plus de deux siècles. Il est difficile d’être en désaccord avec les scientifiques qui associent les débuts de la physique scientifique à Newton. À l’avenir, il faudra non seulement identifier le contenu principal de la mécanique classique, mais aussi, si possible, comprendre ses composantes conceptuelles, en étant prêt à porter un regard critique sur les conclusions de Newton. Après lui, la physique a parcouru un voyage de trois siècles. Il est clair que même le brillant Newton ne pouvait pas anticiper toutes ses innovations.

L’ensemble des concepts choisis par Newton présente un intérêt considérable. Il s'agit d'abord d'un ensemble de concepts élémentaires : masse, force, extension, durée d'un certain processus. Deuxièmement, des concepts dérivés : notamment vitesse et accélération. Troisièmement, deux lois. La deuxième loi de Newton exprime la relation entre la force agissant sur un objet, sa masse et l'accélération qu'il acquiert. Selon la troisième loi de Newton, les forces que les objets exercent les uns sur les autres sont de même ampleur, de direction opposée et appliquées à des corps différents.

Mais qu’en est-il des principes de la théorie de Newton ? La plupart des chercheurs modernes sont convaincus que le rôle du principe dans la mécanique de Newton est joué par la loi, qu'il a appelée la première. Il est généralement donné dans la formulation suivante : tout corps continue d'être maintenu dans un état de repos ou de mouvement uniforme et rectiligne jusqu'à ce qu'il soit forcé par des forces appliquées de changer cet état. Le piquant de la situation réside dans le fait qu’à première vue, cette position semble découler directement de la deuxième loi de Newton. Si la somme des forces appliquées à un objet est égale à zéro, alors pour un corps de masse constante () l'accélération () est également égale à zéro, ce qui correspond exactement au contenu de la première loi de Newton. Néanmoins, les physiciens ont tout à fait raison de ne pas considérer la première loi

Newton n'est qu'un cas particulier de sa deuxième loi. Ils estiment que Newton avait de bonnes raisons de considérer la première loi comme le concept principal de la mécanique classique, c'est-à-dire qu'il lui a donné le statut de principe. Dans la physique moderne, la première loi est généralement formulée de cette manière : il existe de tels systèmes de référence, appelés inertiels, par rapport auxquels un point matériel libre conserve indéfiniment la grandeur et la direction de sa vitesse. On pense que Newton a précisément exprimé cette circonstance, bien que maladroitement, dans sa première loi. La deuxième loi de Newton n'est satisfaite que dans les cadres de référence pour lesquels la première loi est valable.

Ainsi, la première loi de Newton est, en effet, nécessaire pour introduire l'idée d'invariance des deuxième et troisième lois de Newton. Il joue donc le rôle du principe d'invariance. Selon l'auteur, au lieu de formuler la première loi de Newton, il serait possible d'introduire le principe d'invariance : il existe des systèmes de référence dans lesquels les deuxième et troisième lois de Newton sont invariantes.

Donc tout semble être en place. Conformément aux idées de Newton, le partisan de la mécanique qu'il a créée dispose de concepts élémentaires et dérivés, ainsi que de lois et du principe d'invariance. Mais même après cette affirmation, de nombreux points controversés sont révélés qui convainquent de la nécessité de poursuivre l'étude du contenu conceptuel de la mécanique newtonienne. En l’évitant, il est impossible de comprendre le véritable contenu de la mécanique classique.

conclusions

• 1. L'exploit scientifique de Newton a été d'avoir écrit la loi différentielle du mouvement des objets physiques sous l'influence de forces.
• 2. La première loi de Newton est le principe d'invariance.

• À proprement parler, la première loi de Newton est un principe. C’est pourquoi nous ne parlons pas de trois, mais de deux lois de Newton. ( Note auto.)

100 roubles bonus pour la première commande

Sélectionnez le type de travail Travail de diplôme Travail de cours Résumé Mémoire de maîtrise Rapport de pratique Article Rapport Révision Travail de test Monographie Résolution de problèmes Plan d'affaires Réponses aux questions Travail créatif Essai Dessin Essais Traduction Présentations Dactylographie Autre Augmenter l'unicité du texte Mémoire de maîtrise Travail de laboratoire En ligne aide

Découvrez le prix

La mécanique classique (newtonienne) étudie le mouvement des objets matériels à des vitesses nettement inférieures à la vitesse de la lumière dans le vide.

Le début de la formation de la mécanique classique est associé au nom italien. scientifique Galileo Galilei (1564-1642). Il fut le premier à passer d'une considération philosophique naturelle des phénomènes naturels à une considération scientifique et théorique.

Les fondements de la physique classique ont été posés grâce aux travaux de Galilée, Kepler et Descartes, et l’édifice de cette science a été construit grâce aux travaux de Newton.

Galilée

1. a établi le principe fondamental de la mécanique classique - le principe d'inertie

Le mouvement est l’état naturel propre et fondamental des corps, tandis que la friction et l’action d’autres forces extérieures peuvent modifier et même arrêter le mouvement du corps.

2. formulé un autre principe fondamental de la mécanique classique - le principe de relativité - Égalité de tous les ISO.

Selon ce principe, à l’intérieur d’un système en mouvement uniforme, tous les processus mécaniques se déroulent comme si le système était au repos.

3. Le principe de relativité du mouvement fixe les règles de passage d'une ISO à une autre.

Ces règles sont appelées transformations galiléennes et consistent en la projection d'une ISO sur une autre.

Les transformations galiléennes imposent une certaine exigence sur la formulation des lois du mouvement mécanique : ces lois doivent être formulées de telle manière qu'elles restent invariantes dans toute ISO.

Supposons qu'un corps A soit attribué à un système cartésien dont les coordonnées sont désignées x, y, z, et nous devons déterminer les paramètres du corps dans un système de coordonnées parallèles avec des traits (xl, yl, zl). Pour plus de simplicité, nous déterminerons les paramètres d'un point du corps et combinerons l'axe de coordonnées x1 avec l'axe x. Supposons également que le système de coordonnées avec traits est au repos et que sans traits, il se déplace uniformément et rectiligne. Alors les règles des transformations galiléennes ont la forme

4. formulation de la loi de la chute libre (la trajectoire d'un corps en chute libre est proportionnelle à l'accélération égale à 9,81 m/s2.

Développant et approfondissant les recherches de Galilée, Newton a formulé trois lois de la mécanique.

1. Tout corps est dans un état de repos ou de mouvement uniforme et linéaire. Jusqu'à ce que l'influence d'autres corps l'oblige à changer cet état.

La première loi signifie que si aucune force extérieure n’agit sur un corps, alors il existe un cadre de référence dans lequel il est au repos. Mais si dans un référentiel le corps est au repos, il existe de nombreux autres référentiels dans lesquels le corps se déplace à une vitesse constante. Ces systèmes sont appelés inertiels (ISO).

Tout système de référence se déplaçant uniformément et rectilignement par rapport à l'ISO est également un ISO.

2. La deuxième loi considère les résultats de l'action d'autres corps sur le corps. Pour ce faire, une grandeur physique appelée force est introduite.

La force est une mesure quantitative vectorielle de l’action mécanique d’un corps sur un autre.

La masse est une mesure de l'inertie (l'inertie est la capacité d'un corps à résister aux changements de son état).

Plus la masse est grande, moins le corps recevra d'accélération, toutes choses étant égales par ailleurs.

Il existe également une formulation plus générale de la deuxième loi de Newton pour une autre grandeur physique : la quantité de mouvement d’un corps. L'élan est le produit de la masse d'un corps et de sa vitesse :

En l’absence de forces extérieures, l’élan du corps reste inchangé, c’est-à-dire qu’il est conservé. Cette situation est atteinte si d'autres corps n'agissent pas sur le corps, ou si leur action est compensée.

3. Les actions de deux corps matériels l’un sur l’autre sont numériquement égales en ampleur de force et sont dirigées dans des directions opposées.

Les forces agissent de manière indépendante. La force avec laquelle plusieurs corps agissent sur un autre corps est la somme vectorielle des forces avec lesquelles ils agiraient séparément.

Cette déclaration représente Principe de superposition.

La dynamique des points matériels, en particulier la loi de conservation de la quantité de mouvement d'un système, est basée sur les lois de Newton.

La somme des impulsions des particules formant un système mécanique est appelée l’impulsion du système. Forces internes, c'est-à-dire les interactions des corps du système entre eux n'affectent pas les changements dans la quantité de mouvement totale du système. Il en résulte loi de conservation de la quantité de mouvement: en l'absence de forces extérieures, la quantité de mouvement du système de points matériels reste constante.

Une autre quantité conservée est énergie– une mesure quantitative générale du mouvement et de l’interaction de tous types de matière. L'énergie ne surgit pas de rien et ne disparaît pas, elle ne peut que passer d'une forme à une autre.

La mesure du changement d’énergie est le travail. En mécanique classique, le travail est défini comme une mesure de l'action d'une force, qui dépend de l'ampleur et de la direction de la force, ainsi que du déplacement du point de son application.

Loi de conservation de l'énergie : L'énergie mécanique totale reste inchangée (ou conservée) si le travail effectué par les forces externes dans le système est nul.

En mécanique classique, on pense que tous les processus mécaniques sont soumis au principe du déterminisme strict (le déterminisme est la doctrine de la causalité universelle et de la régularité des phénomènes), qui consiste à reconnaître la possibilité de déterminer avec précision l'état futur d'un système mécanique. par son état antérieur.

Newton a introduit deux concepts abstraits : « l'espace absolu » et le « temps absolu ».

Selon Newton, l'espace est un conteneur infini isotrope homogène, absolument immobile, de tous les corps (c'est-à-dire le vide). Et le temps est la durée pure, homogène, uniforme et discontinue des processus.

En physique classique, on croyait que le monde pouvait être décomposé en de nombreux éléments indépendants par des méthodes expérimentales. Cette méthode est en principe illimitée, puisque le monde entier est un ensemble d'un grand nombre de particules indivisibles. La base du monde est constituée d'atomes, c'est-à-dire particules minuscules, indivisibles et sans structure. Les atomes se déplacent dans l'espace et le temps absolus. Le temps est considéré comme une substance indépendante dont les propriétés sont déterminées par elle-même. L'espace est aussi une substance indépendante.

Rappelons que la substance est une essence, quelque chose de sous-jacent. Dans l'histoire de la philosophie, la substance a été interprétée de différentes manières : comme substrat, c'est-à-dire comme substrat. la base de quelque chose; quelque chose qui est capable d’exister indépendamment ; comme base et centre de changement dans le sujet ; comme sujet logique. Quand ils disent que le temps est une substance, ils veulent dire qu’il est capable d’exister indépendamment.

En physique classique, l’espace est absolu, ce qui signifie qu’il est indépendant de la matière et du temps. Vous pouvez supprimer tous les objets matériels de l’espace, mais l’espace absolu demeure. L'espace est homogène, c'est-à-dire tous ses points sont équivalents. L'espace est isotrope, c'est-à-dire toutes ses directions sont équivalentes. Le temps est également homogène, c'est-à-dire tous ses moments sont équivalents.

L'espace est décrit par la géométrie euclidienne, selon laquelle la distance la plus courte entre deux points est une ligne droite.

L'espace et le temps sont infinis. La compréhension de leur infinité a été empruntée à l'analyse mathématique.

L’infinité de l’espace signifie que, quelle que soit la taille d’un système que nous prenons, nous pouvons toujours en désigner un qui est encore plus grand. L’infinité du temps signifie que, quelle que soit la durée d’un processus donné, il est toujours possible d’en désigner un dans le monde qui durera plus longtemps.

Les règles des transformations galiléennes découlent de la fragmentation et de l'absolu de l'espace et du temps.

De l'isolement des corps en mouvement de l'espace et du temps, découle la règle d'addition des vitesses en mécanique classique : elle consiste simplement à ajouter ou à soustraire les vitesses de deux corps en mouvement l'un par rapport à l'autre.

ux = u"x + υ, uy = u"y, uz = u"z.

Les lois de la mécanique classique ont permis de formuler la première image scientifique du monde – celle mécaniste.

Tout d’abord, la mécanique classique a développé le concept scientifique du mouvement de la matière. Or le mouvement est interprété comme un état éternel et naturel des corps, comme leur état fondamental, directement opposé à la mécanique pré-galiléenne, dans laquelle le mouvement était considéré comme introduit de l'extérieur. Mais en même temps, dans la physique classique, le mouvement mécanique est absolutisé.

En fait, la physique classique a développé une compréhension unique de la matière, la réduisant à une masse réelle ou pesante. Dans ce cas, la masse des corps reste inchangée dans toutes les conditions de conduite et à toute vitesse. Plus tard, en mécanique, la règle consistant à remplacer les corps par une image idéalisée de points matériels a été établie.

Le développement de la mécanique a conduit à un changement dans les idées sur les propriétés physiques des objets.

La physique classique considérait que les propriétés détectées lors de la mesure étaient inhérentes à l'objet et à lui seul (principe du caractère absolu des propriétés). Rappelons que les propriétés physiques d'un objet sont caractérisées qualitativement et quantitativement. La caractéristique qualitative d'une propriété est son essence (par exemple, vitesse, masse, énergie, etc.). La physique classique partait du fait que les moyens de cognition n'affectent pas les objets étudiés. Pour différents types de problèmes mécaniques, le moyen cognitif constitue un cadre de référence. Sans son introduction, il est impossible de formuler ou de résoudre correctement un problème mécanique. Si les propriétés d'un objet, ni en termes de caractéristiques qualitatives ni quantitatives, ne dépendent du cadre de référence, alors elles sont dites absolues. Ainsi, quel que soit le cadre de référence que nous prenons pour résoudre un problème mécanique spécifique, dans chacun d'eux, la masse de l'objet, la force agissant sur l'objet, l'accélération et la vitesse se manifesteront qualitativement et quantitativement.

Si les propriétés d'un objet dépendent du système de référence, elles sont généralement considérées comme relatives. La physique classique ne connaissait qu'une seule de ces grandeurs : la vitesse d'un objet en termes de caractéristiques quantitatives. Cela signifiait qu'il était inutile de dire qu'un objet se déplaçait à telle ou telle vitesse sans préciser un système de référence : dans différents systèmes de référence, la valeur quantitative de la vitesse mécanique d'un objet serait différente. Toutes les autres propriétés de l'objet étaient absolues en termes de caractéristiques qualitatives et quantitatives.

La théorie de la relativité a déjà révélé la relativité quantitative de propriétés telles que la longueur, la durée de vie et la masse. La valeur quantitative de ces propriétés dépend non seulement de l'objet lui-même, mais aussi du référentiel. Il s'ensuit que la détermination quantitative des propriétés d'un objet doit être attribuée non pas à l'objet lui-même, mais au système : objet + système de référence. Mais l’objet lui-même restait porteur d’une certitude qualitative des propriétés.

Définition 1

La mécanique est une branche étendue de la physique qui étudie les lois de changement de position des corps physiques dans l'espace et le temps, ainsi que les postulats basés sur les lois de Newton.

Figure 1. Loi fondamentale de la dynamique. Author24 - échange en ligne de travaux d'étudiants

Cette direction scientifique de la physique est souvent appelée « mécanique newtonienne ». La mécanique classique est aujourd'hui divisée en les sections suivantes :

• statique - examine et décrit l'équilibre des corps ;
• cinématique - étudie les caractéristiques géométriques du mouvement sans considérer ses causes ;
• dynamique – étudie le mouvement des substances matérielles.

Le mouvement mécanique est l’une des formes d’existence de la matière vivante les plus simples et en même temps les plus courantes. Par conséquent, la mécanique classique occupe une place extrêmement importante dans les sciences naturelles et est considérée comme la sous-section principale de la physique.

Lois fondamentales de la mécanique classique

La mécanique classique, dans ses postulats, étudie le mouvement des corps en activité à des vitesses bien inférieures à la vitesse de la lumière. Selon l’hypothèse de la relativité restreinte, l’espace et le temps absolus n’existent pas pour les éléments se déplaçant à une vitesse énorme. En conséquence, la nature de l'interaction des substances devient plus complexe, en particulier leur masse commence à dépendre de la vitesse de déplacement. Tout cela est devenu l'objet de réflexions sur les formules de la mécanique relativiste, pour lesquelles la constante de vitesse de la lumière joue un rôle fondamental.

La mécanique classique repose sur les lois fondamentales suivantes.

1. Le principe de relativité de Galilée. Selon ce principe, il existe de nombreux systèmes de référence dans lesquels tout corps libre est au repos ou se déplace avec une vitesse constante en direction. Ces concepts scientifiques sont appelés inertiels et se déplacent les uns par rapport aux autres de manière rectiligne et uniforme.
2. Les trois lois de Newton. Le premier établit la présence obligatoire de la propriété d'inertie dans les corps physiques et postule la présence de tels concepts de référence dans lesquels le mouvement de la matière libre se produit à vitesse constante. Le deuxième postulat introduit le concept de force comme mesure principale de l'interaction des éléments actifs et, sur la base de faits théoriques, postule la relation entre l'accélération d'un corps, sa taille et son inertie. Troisième loi de Newton : pour chaque force agissant sur le premier corps, il existe un facteur antagoniste, de même ampleur et de direction opposée.
3. La loi de conservation de l'énergie interne est une conséquence des lois de Newton pour les systèmes stables et fermés dans lesquels agissent des forces exclusivement conservatrices. La force mécanique totale d'un système fermé de corps matériels, entre lesquels seule l'énergie thermique agit, reste constante.

Règles de parallélogramme en mécanique

Certaines conséquences découlent des trois théories fondamentales de Newton sur le mouvement du corps, dont l'une est l'addition du nombre total d'éléments selon la règle du parallélogramme. Selon cette idée, l'accélération de toute substance physique dépend de quantités qui caractérisent principalement l'action d'autres corps, qui déterminent les caractéristiques du processus lui-même. L'action mécanique sur l'objet étudié provenant de l'environnement extérieur, qui modifie radicalement la vitesse de déplacement de plusieurs éléments à la fois, est appelée force. Il peut être de nature multiforme.

Dans la mécanique classique, qui traite de vitesses nettement inférieures à la vitesse de la lumière, la masse est considérée comme l'une des principales caractéristiques du corps lui-même, qu'il soit en mouvement ou au repos. La masse d’un corps physique est indépendante de l’interaction de la substance avec d’autres parties du système.

Note 1

Ainsi, la masse a progressivement été comprise comme la quantité de matière vivante.

L'établissement des concepts de masse et de force, ainsi que la méthode de mesure de celles-ci, a permis à Newton de décrire et de formuler la deuxième loi de la mécanique classique. Ainsi, la masse est l’une des caractéristiques clés de la matière, déterminant ses propriétés gravitationnelles et inertielles.

Les premier et deuxième principes de la mécanique se réfèrent respectivement au mouvement systématique d'un seul corps ou point matériel. Dans ce cas, seul l'effet des autres éléments d'un certain concept est pris en compte. Or, toute action physique est une interaction.

La troisième loi de la mécanique fixe déjà cet énoncé et dit : à une action correspond toujours une réaction de direction opposée et égale. Dans la formulation de Newton, ce postulat de la mécanique n'est valable que dans le cas d'une relation directe de forces ou lorsque l'action d'un corps matériel est soudainement transférée à un autre. En cas de mouvement sur une longue période, la troisième loi s'applique lorsque le temps de transfert d'action peut être négligé.

De manière générale, toutes les lois de la mécanique classique sont valables pour le fonctionnement des référentiels inertiels. Dans le cas de concepts non inertiels, la situation est complètement différente. Avec un mouvement accéléré des coordonnées par rapport au système inertiel lui-même, la première loi de Newton ne peut pas être utilisée - les corps libres qui s'y trouvent changeront leur vitesse de mouvement au fil du temps et dépendront de la vitesse de mouvement et de l'énergie d'autres substances.

Limites d'applicabilité des lois de la mécanique classique

Figure 3. Limites d'applicabilité des lois de la mécanique classique. Author24 - échange en ligne de travaux d'étudiants

À la suite du développement assez rapide de la physique au début du XXe siècle, un certain champ d'application de la mécanique classique s'est formé : ses lois et postulats sont remplis pour les mouvements des corps physiques dont la vitesse est nettement inférieure à la vitesse de lumière. Il a été déterminé qu’avec l’augmentation de la vitesse, la masse de toute substance augmenterait automatiquement.

L'incohérence des principes de la mécanique classique reposait principalement sur le fait que le futur, dans un certain sens, est entièrement dans le présent - cela détermine la probabilité de prédire avec précision le comportement d'un système à n'importe quelle période de temps.

Note 2

La méthode newtonienne est immédiatement devenue l'outil principal pour comprendre l'essence de la nature et de toute vie sur la planète. Les lois de la mécanique et les méthodes d’analyse mathématique ont rapidement montré leur efficacité et leur importance. L’expérience physique, basée sur la technologie de mesure, a fourni aux scientifiques une précision sans précédent.

Les connaissances physiques sont devenues de plus en plus une technologie industrielle centrale, stimulant le développement général d’autres sciences naturelles importantes.

En physique, l’électricité, la lumière, le magnétisme et la chaleur auparavant isolés sont devenus un tout et combinés dans l’hypothèse électromagnétique. Et même si la nature de la gravité elle-même restait incertaine, ses actions pouvaient être calculées. Le concept du déterminisme mécaniste de Laplace a été établi et mis en œuvre, basé sur la capacité de déterminer avec précision le comportement des corps à tout moment si les conditions initiales sont initialement déterminées.

La structure de la mécanique en tant que science semblait assez fiable et solide, et aussi presque complète. En conséquence, on avait l'impression que la connaissance de la physique et de ses lois touchait à sa fin - les fondements de la physique classique montraient une force si puissante.

Matériel de Wikipédia - l'encyclopédie gratuite

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. Gilbert, 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- 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.

Big Bang(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 désormais 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 branche de la 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 relativiste 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 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.

Le premier modèle atomique planétaire 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 l'environnement, une cellule vivante forme toute la diversité des organismes vivants.

En outre, le mot « vie » fait référence à 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

Mécanique- une 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, sur la base des lois de Newton. C’est pourquoi on l’appelle souvent « mécanique newtonienne ».

La mécanique classique est divisée en :

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).

Notions de base de la mécanique :

Espace.

On pense que le mouvement des corps se produit dans l'espace, qui est 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). Temps

- un concept fondamental non défini en mécanique classique. On pense que le temps est absolu, homogène et isotrope (les équations de la mécanique classique ne dépendent pas du sens de l'écoulement du temps) Cadre de réference

– se compose d'un corps de référence (un certain corps, réel ou imaginaire, par rapport auquel le mouvement d'un système mécanique est considéré) et d'un système de coordonnées- un objet dont les dimensions peuvent être négligées dans le problème. En fait, tout corps obéissant aux lois de la mécanique classique a nécessairement une taille non nulle. 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.

Poids- une mesure de l'inertie des corps.

Vecteur de rayon- un vecteur tracé depuis l'origine des coordonnées jusqu'au point où se trouve le corps caractérise la position du corps dans l'espace.

Vitesse est une caractéristique des changements de position du corps au fil du temps, définie comme la dérivée du chemin par rapport au temps.

Accélération- taux de variation de vitesse, défini comme la dérivée de la vitesse par rapport au temps.

Impulsion- grandeur physique vectorielle égale au produit de la masse d'un point matériel et de sa vitesse.

Énergie cinétique- 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.

Forcer- une grandeur physique caractérisant le degré d'interaction des corps entre eux.

En fait, la définition de la force est la deuxième loi de Newton. Force conservatrice

- une force dont le travail ne dépend pas de la forme de la trajectoire (dépend uniquement des points de départ et d'arrivée des forces). Les forces conservatrices sont les forces dont le travail le long d'une trajectoire fermée est égal à 0. Si seules des forces conservatrices agissent dans le système, alors l'énergie mécanique du système est conservée. Forces dissipatives

- les forces sous l'action desquelles sur un système mécanique, son énergie mécanique totale diminue (c'est-à-dire se dissipe), se transformant en d'autres formes d'énergie non mécaniques, par exemple en chaleur.

Lois fondamentales de la mécanique- le principe principal sur lequel repose la mécanique classique est le principe de relativité, formulé à partir des observations empiriques de G. Galilée. 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.

Les lois de Newton

La mécanique classique repose sur les trois lois de Newton.

La première loi de Newtonétablit la présence de la propriété d'inertie dans les corps matériels et postule la présence de tels systèmes de référence dans lesquels le mouvement d'un corps libre se produit à vitesse constante (ces systèmes de référence sont appelés inertiels).

Deuxième loi de Newton introduit le concept de force comme mesure de l'interaction d'un corps et, sur la base de faits empiriques, postule un lien entre l'ampleur de la force, l'accélération du corps et son inertie (caractérisée par la masse). En formulation mathématique, la deuxième loi de Newton s'écrit le plus souvent comme suit :

Où F-vecteur résultant des forces agissant sur le corps ;

un- vecteur d'accélération du corps ;

m est le poids corporel.

Troisième loi de Newton- pour chaque force agissant sur le premier corps à partir du second, il existe une force opposée, égale en grandeur et de direction opposée, agissant sur le deuxième corps à partir du premier.

Loi de conservation de l'énergie

La loi de conservation de l'énergie est une conséquence des lois de Newton pour les systèmes fermés dans lesquels seules des forces conservatrices agissent. L'énergie mécanique totale d'un système fermé de corps entre lesquels agissent seules des forces conservatrices reste constante.

Théorie des machines et des mécanismes

Concepts et définitions de base.

La théorie des mécanismes et des machines traite de la recherche et du développement de mécanismes et de machines performants.

Mécanisme- un ensemble de corps matériels en mouvement dont l'un est fixe, et tous les autres effectuent des mouvements bien définis par rapport au corps matériel fixe.

Liens– les corps matériels qui composent le mécanisme.

Étagère- un lien fixe.

Le stand est représenté. Le lien vers lequel le mouvement est initialement signalé est appelé saisir(initiale, principale). Le maillon qui réalise le mouvement pour lequel le mécanisme est conçu - jour de congé lien

Mécanisme à manivelle

S'il s'agit d'un compresseur, alors le lien 1 est l'entrée et le lien 3 est la sortie.

S'il s'agit d'un mécanisme de moteur à combustion interne, alors le lien 3 est l'entrée et le lien 1 est la sortie.

Paire cinématique- une liaison mobile de maillons qui permet leur mouvement relatif. Tous les couples cinématiques du schéma sont désignés par des lettres de l'alphabet latin, par exemple A, B, C, etc.

Si, alors K.P. – rotationnel; si, alors progressif.

Ordre de numérotation des liens :

lien d'entrée – 1 ;

stand est le dernier numéro.

Les liens sont :

simple - composé d'une seule pièce;

complexe - composé de plusieurs, rigidement fixés les uns aux autres et effectuant le même mouvement.

Par exemple, le groupe de bielles d'un mécanisme de moteur à combustion interne.

Les maillons, reliés les uns aux autres, forment des chaînes cinématiques, qui se divisent en :

simple et complexe;

fermé et ouvert.

Voiture– un dispositif technique, grâce à la mise en œuvre d'un certain type de processus technologique, peut automatiser ou mécaniser le travail humain.

Les machines peuvent être divisées en types :

énergie;

technologique;

transport;

informatif.

Les machines énergétiques sont divisées en :

moteurs;

machines de transformation.

Moteur- un dispositif technique qui convertit un type d'énergie en un autre. Par exemple, moteur à combustion interne.

Transformateur- un dispositif technique qui consomme de l'énergie de l'extérieur et effectue un travail utile. Par exemple, pompes, machines, presses.

Combinaison technique du moteur et technologique (machine de travail) – Unité de machine(MA).

Le moteur possède certaines caractéristiques mécaniques, tout comme la machine en activité.

 1 – vitesse à laquelle l'arbre du moteur tourne ;

 2 – la vitesse à laquelle l'arbre principal de la machine de travail tournera.

 1 et  2 doivent être mis en correspondance.

Par exemple, la vitesse n 1 = 7000 tr/min et n 2 = 70 tr/min.

Pour harmoniser les caractéristiques mécaniques du moteur et de la machine de travail, un mécanisme de transmission est installé entre eux, qui possède ses propres caractéristiques mécaniques.

uP =1/2=700/70=10

Les éléments suivants peuvent être utilisés comme mécanisme de transmission :

transmissions à friction (utilisant la friction);

transmissions à chaîne (entraînement de motos);

engrenages.

Les mécanismes à levier sont le plus souvent utilisés comme machine de travail.

Principaux types de mécanismes à levier.

1. Mécanisme manivelle-curseur.

a) centrale (Fig. 1) ;

b) hors axe (déoxyle) (Fig. 2) ;

e - excentricité

Riz. 2

1-manivelle, parce que le lien fait un tour complet autour de son axe ;

2-la bielle, non reliée à la crémaillère, effectue un mouvement plat ;

3 curseurs (piston), effectue un mouvement de translation ;

2. Mécanisme à quatre articulations.

Les maillons 1,3 peuvent être des manivelles.

Si les vitesses 1 et 3 sont des manivelles, alors le mécanisme est à double manivelle.

Si l'étoile 1 est une manivelle (fait un tour complet) et l'étoile 3 est un culbuteur (fait un tour incomplet), alors le mécanisme est un manivelle-culbuteur.

Si les étoiles sont 1,3 – culbuteurs, alors le mécanisme est à double culbuteur.

3. Mécanisme à bascule.

1 - manivelle ;

2 - la pierre à bascule (douille) avec l'étoile 1 fait un tour complet autour de A (1 et 2 sont identiques) et se déplace également le long de l'étoile 3, la faisant tourner ;

3 - culbuteur (scène).

4. Vérin hydraulique

(cinématiquement similaire à un mécanisme à bascule).

Au cours du processus de conception, le concepteur résout deux problèmes :

analyse(explore prêt mécanisme);

la synthèse(un nouveau mécanisme est en cours de conception selon les paramètres requis) ;

Analyse structurelle du mécanisme.

Concepts sur les paires cinématiques et leur classification.

Deux maillons reliés fixement l'un à l'autre forment une paire cinématique. Tous les couples cinématiques sont soumis à deux classifications indépendantes :

Exemples de classement par paires :

Considérons le couple cinématique « vis-écrou ». Le nombre de degrés de mobilité de ce couple est de 1, et le nombre de liaisons imposées est de 5. Ce couple sera un couple de cinquième classe, un seul type de mouvement pourra être choisi librement pour une vis ou un écrou, et le deuxième mouvement sera être accompagné.

Chaîne cinématique– des liens interconnectés par des couples cinématiques de classes différentes.

Les chaînes cinématiques peuvent être spatiales ou plates.

Chaînes cinématiques spatiales– des chaînes dont les maillons se déplacent dans des plans différents.

Chaînes cinématiques plates– des chaînes dont les maillons se déplacent dans des plans identiques ou parallèles.