Mekanika klasik. Prinsip mekanika klasik Landasan mekanika klasik

(4 Januari 1643, Woolsthorpe, dekat Grantham, Lincolnshire, Inggris - 31 Maret 1727, London) - ahli matematika, mekanik, astronom dan fisikawan Inggris, pencipta mekanika klasik, anggota (1672) dan presiden (sejak 1703) Royal Society of London.

Salah satu pendiri fisika modern, merumuskan hukum dasar mekanika dan merupakan pencipta sebenarnya dari program fisik terpadu untuk mendeskripsikan semua fenomena fisik berdasarkan mekanika; menemukan hukum gravitasi universal, menjelaskan gerak planet mengelilingi Matahari dan Bulan mengelilingi Bumi, serta pasang surut di lautan, meletakkan dasar mekanika kontinum, akustik, dan optik fisik.

Masa kecil

Isaac Newton lahir di sebuah desa kecil dalam keluarga seorang petani kecil yang meninggal tiga bulan sebelum kelahiran putranya. Bayinya prematur; ada legenda bahwa dia sangat kecil sehingga dia ditempatkan di sarung tangan kulit domba yang tergeletak di bangku, dari mana dia pernah jatuh dan kepalanya terbentur lantai dengan keras.

Ketika anak itu berumur tiga tahun, ibunya menikah lagi dan pergi, meninggalkannya dalam perawatan neneknya. Newton tumbuh dengan sakit-sakitan dan tidak ramah, cenderung melamun. Dia tertarik dengan puisi dan lukisan, dia, jauh dari teman-temannya, membuat layang-layang, menemukan kincir angin, jam air, gerobak kayuh.

Awal kehidupan sekolah sulit bagi Newton. Dia belajar dengan buruk, adalah anak laki-laki yang lemah, dan suatu kali teman sekelas memukulinya sampai dia kehilangan kesadaran. Menahan situasi yang memalukan seperti itu tak tertahankan bagi Newton yang sombong, dan hanya ada satu hal yang tersisa: menonjol dengan kesuksesan akademis. Dengan kerja keras, dia mencapai fakta bahwa dia menempati posisi pertama di kelas.

Ketertarikan pada teknologi membuat Newton berpikir tentang fenomena alam; dia juga sangat terlibat dalam matematika. Jean Baptiste Biot kemudian menulis tentang ini: “Salah satu pamannya, suatu hari menemukannya di bawah pagar dengan sebuah buku di tangannya, tenggelam dalam perenungan yang dalam, mengambil buku itu darinya dan menemukan bahwa dia sedang sibuk memecahkan masalah matematika. Terkejut dengan arahan yang begitu serius dan aktif dari seorang pemuda, dia membujuk ibunya untuk tidak menolak keinginan putranya lebih jauh dan mengirimnya untuk melanjutkan studinya. Setelah persiapan yang serius, Newton masuk Cambridge pada tahun 1660 sebagai Subsizzfr`a (yang disebut siswa miskin yang wajib melayani anggota perguruan tinggi, yang tidak bisa tidak membebani Newton).

Awal kreativitas. Optik

Dalam enam tahun, Newton menyelesaikan semua gelar di perguruan tinggi dan mempersiapkan semua penemuan hebat selanjutnya. Pada 1665 Newton menjadi master seni.

Pada tahun yang sama, ketika wabah sedang berkecamuk di Inggris, dia memutuskan untuk menetap sementara di Woolsthorpe. Di sanalah dia mulai aktif terlibat dalam optik; Pencarian cara untuk menghilangkan aberasi kromatik pada teleskop lensa membuat Newton meneliti apa yang sekarang disebut dispersi, yaitu ketergantungan indeks bias pada frekuensi. Banyak eksperimen yang dia lakukan (dan jumlahnya lebih dari seribu) telah menjadi klasik dan diulangi hari ini di sekolah dan institut.

Motif utama dari semua penelitian adalah keinginan untuk memahami sifat fisik cahaya. Pada awalnya, Newton cenderung berpikir bahwa cahaya adalah gelombang dalam eter yang menembus segalanya, tetapi kemudian dia meninggalkan gagasan ini, memutuskan bahwa hambatan dari eter seharusnya memperlambat pergerakan benda langit secara nyata. Argumen ini mengarahkan Newton pada gagasan bahwa cahaya adalah aliran partikel khusus, sel darah, yang dipancarkan dari suatu sumber dan bergerak dalam garis lurus hingga menemui rintangan. Model corpuscular tidak hanya menjelaskan kelurusan perambatan cahaya, tetapi juga hukum pemantulan (refleksi elastis), dan - meski bukan tanpa asumsi tambahan - hukum pembiasan. Asumsi ini terdiri dari fakta bahwa sel-sel cahaya yang terbang ke permukaan air, misalnya, harus tertarik olehnya dan karenanya mengalami percepatan. Menurut teori ini, kecepatan cahaya di dalam air pasti lebih besar daripada di udara (yang bertentangan dengan data eksperimen selanjutnya).

Hukum mekanika

Pembentukan ide sel tentang cahaya jelas dipengaruhi oleh fakta bahwa pada saat itu pekerjaan yang ditakdirkan untuk menjadi hasil besar utama dari karya Newton sudah selesai - penciptaan satu gambaran fisik Dunia berdasarkan hukum mekanika yang dirumuskan olehnya.

Gambar ini didasarkan pada gagasan tentang titik material - partikel materi yang sangat kecil secara fisik dan hukum yang mengatur pergerakannya. Perumusan yang tepat dari hukum-hukum inilah yang memberikan kelengkapan dan kelengkapan mekanika Newton. Yang pertama dari undang-undang ini sebenarnya adalah definisi kerangka acuan inersia: dalam sistem seperti itulah titik material yang tidak mengalami pengaruh apa pun bergerak secara seragam dan lurus. Hukum kedua mekanika memainkan peran sentral. Dikatakan bahwa perubahan kuantitas, gerakan (hasil kali massa dan kecepatan) per satuan waktu sama dengan gaya yang bekerja pada suatu titik material. Massa masing-masing titik ini adalah kuantitas tetap; secara umum, semua titik ini "tidak aus", menurut Newton, masing-masing adalah abadi, yaitu tidak dapat muncul atau dihancurkan. Poin material berinteraksi, dan kekuatan adalah ukuran kuantitatif pengaruh pada masing-masing poin. Tugas mencari tahu apa gaya-gaya ini adalah akar masalah mekanika.

Terakhir, hukum ketiga - hukum "kesetaraan aksi dan reaksi" menjelaskan mengapa momentum total benda apa pun yang tidak mengalami pengaruh eksternal tetap tidak berubah, tidak peduli bagaimana bagian penyusunnya berinteraksi satu sama lain.

Hukum gravitasi

Setelah mengajukan masalah mempelajari berbagai gaya, Newton sendiri memberikan contoh cemerlang pertama dari solusinya dengan merumuskan hukum gravitasi universal: gaya tarikan gravitasi antara benda-benda yang dimensinya jauh lebih kecil daripada jarak di antara mereka berbanding lurus dengan massa mereka, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka dan diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkan mereka. Hukum gravitasi universal memungkinkan Newton untuk memberikan penjelasan kuantitatif tentang gerak planet mengelilingi Matahari dan Bulan mengelilingi Bumi, untuk memahami sifat pasang surut laut. Ini tidak bisa tidak membuat kesan yang sangat besar di benak para peneliti. Program deskripsi mekanis terpadu dari semua fenomena alam - baik "terestrial" dan "surgawi" selama bertahun-tahun ditetapkan dalam fisika. Selain itu, selama dua abad banyak fisikawan menganggap pertanyaan tentang batas penerapan hukum Newton tidak dapat dibenarkan.

Pada 1668 Newton kembali ke Cambridge dan dia segera menerima Kursi Lucas di Matematika. Sebelumnya, jurusan ini ditempati oleh gurunya I. Barrow, yang menyerahkan jurusan tersebut kepada murid kesayangannya untuk menafkahi dirinya secara finansial. Pada saat itu, Newton sudah menjadi penulis binomial dan pencipta (bersamaan dengan Leibniz, tetapi terlepas dari dia) metode fluksi - yang sekarang disebut kalkulus diferensial dan integral. Secara umum, itulah periode paling berbuah dalam karya Newton: selama tujuh tahun, dari 1660 hingga 1667, gagasan utamanya terbentuk, termasuk gagasan hukum gravitasi universal. Tidak sebatas kajian teori saja, di tahun yang sama ia merancang dan mulai membuat teleskop pemantul (reflektif). Karya ini mengarah pada penemuan apa yang kemudian dikenal sebagai interferensi "garis dengan ketebalan yang sama". (Newton, menyadari bahwa di sini terwujud "pemadaman cahaya dengan cahaya", yang tidak cocok dengan model korpuskular, mencoba mengatasi kesulitan yang muncul di sini dengan memperkenalkan asumsi bahwa sel darah dalam cahaya bergerak dalam gelombang - "pasang"). Teleskop yang diproduksi kedua (ditingkatkan) adalah alasan untuk presentasi Newton sebagai anggota Royal Society of London. Ketika Newton menolak keanggotaan, dengan alasan kekurangan dana untuk membayar iuran keanggotaan, dianggap mungkin, mengingat jasa ilmiahnya, untuk membuat pengecualian untuknya, membebaskannya dari membayar mereka.

Karena pada dasarnya adalah orang yang sangat berhati-hati (bukan pemalu), Newton, bertentangan dengan keinginannya, terkadang mendapati dirinya terseret ke dalam diskusi dan konflik yang menyakitkan baginya. Jadi, teorinya tentang cahaya dan warna, yang dipresentasikan pada tahun 1675, menyebabkan serangan sedemikian rupa sehingga Newton memutuskan untuk tidak menerbitkan apa pun tentang optik selama dia masih hidup. orang bodoh, lawannya yang paling sengit. Newton harus mengambil bagian dalam acara politik. Dari 1688 hingga 1694 dia menjadi Anggota Parlemen. Pada saat itu, pada tahun 1687, karya utamanya, The Mathematical Principles of Natural Philosophy, diterbitkan - dasar dari mekanika semua fenomena fisik, dari pergerakan benda langit hingga perambatan suara. Selama beberapa abad ke depan, program ini menentukan perkembangan fisika, dan signifikansinya belum habis hingga saat ini.

penyakit Newton

Stres saraf dan mental yang sangat besar dan konstan menyebabkan fakta bahwa pada tahun 1692 Newton jatuh sakit karena gangguan mental. Dorongan langsung untuk ini adalah api di mana semua manuskrip yang disiapkannya musnah. Baru pada tahun 1694 dia, menurut kesaksian Huygens, "... sudah mulai memahami bukunya "Beginnings"".

Perasaan tidak aman material yang terus-menerus menindas tidak diragukan lagi merupakan salah satu penyebab penyakit Newton. Oleh karena itu, penting baginya untuk menjadi pengurus Mint dengan mempertahankan jabatan profesor di Cambridge. Dengan bersemangat mulai bekerja dan dengan cepat mencapai kesuksesan yang luar biasa, dia diangkat sebagai direktur pada tahun 1699. Tidak mungkin menggabungkan ini dengan pengajaran, dan Newton pindah ke London. Pada akhir 1703 ia terpilih sebagai Presiden Royal Society. Pada saat itu, Newton telah mencapai puncak ketenaran. Pada 1705, dia diangkat ke martabat ksatria, tetapi, memiliki apartemen besar, enam pelayan dan kepergian yang kaya, dia tetap sendirian. Waktu untuk kreativitas aktif telah berakhir, dan Newton terbatas pada persiapan penerbitan Optik, mencetak ulang Elemen dan menafsirkan Kitab Suci (ia memiliki interpretasi Kiamat, sebuah esai tentang nabi Daniel).

Newton dimakamkan di Westminster Abbey. Prasasti di kuburannya diakhiri dengan kata-kata: "Biarlah manusia bersukacita karena perhiasan umat manusia yang demikian hidup di tengah-tengah mereka."

Pada pergantian abad XIX-XX. batas penerapan mekanika klasik telah diidentifikasi (lihat bagian "Batasan penerapan mekanika klasik" di akhir artikel). Ternyata itu memberikan hasil yang sangat akurat, tetapi hanya dalam kasus ketika diterapkan pada benda yang kecepatannya jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya, dan yang dimensinya secara signifikan melebihi dimensi atom dan molekul, dan pada jarak atau kondisi ketika kecepatan propagasi gravitasi dapat dianggap tak terbatas (generalisasi mekanika klasik ke benda yang bergerak dengan kecepatan sewenang-wenang adalah mekanika relativistik, dan ke benda yang dimensinya sebanding dengan atom a ; efek relativistik kuantum dipertimbangkan oleh teori medan kuantum).

Namun demikian, mekanika klasik mempertahankan nilainya karena:

1. Jauh lebih mudah dipahami dan digunakan daripada teori lain.
2. Dalam rentang yang luas, ini menggambarkan realitas dengan cukup baik.

Mekanika klasik dapat digunakan untuk menggambarkan gerak kelas yang sangat luas dari benda-benda fisik: baik benda biasa dalam makrokosmos (seperti gasing dan bola baseball), dan benda-benda berdimensi astronomi (seperti planet dan bintang), dan banyak benda mikroskopis.

YouTube ensiklopedis

1 / 5

✪ Kuliah 1. | 8.01 Fisika I: Mekanika klasik, musim gugur 1999

✪ Mekanika kuantum 1 - Kegagalan fisika klasik

✪ Fisika - hukum pertama dan kedua Newton

✪ Mekanika - Konsep dasar mekanika

✪ Mekanik. hukum Newton. Pasukan

Subtitle

Konsep dasar

Mekanika klasik beroperasi dengan beberapa konsep dan model dasar. Di antara mereka harus disorot:

• Ruang angkasa . Dipercayai bahwa pergerakan benda terjadi di ruang angkasa, yaitu Euclidean, absolut (tidak bergantung pada pengamat), homogen (dua titik mana pun dalam ruang tidak dapat dibedakan) dan isotropik (dua arah mana pun dalam ruang tidak dapat dibedakan).
• Waktu adalah konsep dasar yang didalilkan dalam mekanika klasik. Dipercayai bahwa waktu itu absolut, homogen, dan isotropik (persamaan mekanika klasik tidak bergantung pada arah aliran waktu).
• Sistem referensi terdiri dari badan referensi (beberapa benda, nyata atau imajiner, relatif terhadap pergerakan sistem mekanis), alat untuk mengukur waktu dan sistem koordinat.
• Massa adalah ukuran inersia benda.
• Titik material adalah model benda yang memiliki massa, yang dimensinya diabaikan dalam masalah yang sedang diselesaikan. Benda dengan ukuran tidak nol dapat mengalami gerakan yang kompleks karena konfigurasi internalnya dapat berubah (misalnya, benda dapat berputar atau berubah bentuk). Namun demikian, dalam kasus tertentu, hasil yang diperoleh untuk titik material berlaku untuk benda tersebut, jika kita menganggap benda tersebut sebagai agregat dari sejumlah besar titik material yang berinteraksi. Poin material dalam kinematika dan dinamika biasanya dijelaskan dengan besaran berikut:
  • Vektor radius r → (\displaystyle (\vec (r)))- vektor yang ditarik dari asal koordinat ke titik itu di ruang angkasa, yang berfungsi sebagai posisi titik material saat ini
  • Kecepatan adalah vektor yang mencirikan perubahan posisi suatu titik material terhadap waktu dan didefinisikan sebagai turunan dari vektor jari-jari terhadap waktu: v → = d r → d t (\displaystyle (\vec (v))=(\frac (d(\vec (r)))(dt)))
  • Akselerasi adalah vektor yang mencirikan perubahan kecepatan suatu titik material terhadap waktu dan didefinisikan sebagai turunan kecepatan terhadap waktu: 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))))
  • Massa - ukuran inersia suatu titik material; diasumsikan konstan dalam waktu dan tidak bergantung pada fitur apa pun dari gerakan titik material dan interaksinya dengan benda lain.
  • Impuls (nama lain adalah jumlah gerak) adalah kuantitas fisik vektor yang sama dengan produk massa titik material dan kecepatannya: p → = m v → . (\displaystyle (\vec (p))=m(\vec (v)).)
  • Energi kinetik - energi gerak suatu titik material, didefinisikan sebagai setengah produk massa benda dan kuadrat kecepatannya: T = m v 2 2 . (\displaystyle T=(\frac (mv^(2))(2)).) atau T = p 2 2 m . (\displaystyle T=(\frac (p^(2))(2m)).)
  • Gaya adalah kuantitas fisik vektor, yang merupakan ukuran intensitas dampak pada benda tertentu dari benda lain, serta medan fisik. Ini adalah fungsi dari koordinat dan kecepatan titik material, yang menentukan turunan waktu dari momentumnya.
  • Jika kerja gaya tidak bergantung pada jenis lintasan yang dilalui benda, tetapi hanya ditentukan oleh posisi awal dan akhirnya, maka gaya seperti itu disebut potensial. Interaksi yang terjadi melalui gaya potensial dapat digambarkan dengan energi potensial. Menurut definisi, energi potensial adalah fungsi dari koordinat tubuh U (r →) (\displaystyle U((\vec (r)))) sehingga gaya yang bekerja pada benda sama dengan gradien dari fungsi ini, diambil dengan tanda kebalikannya: F → = − ∇ U (r →) . (\displaystyle (\vec (F))=-\nabla U((\vec (r))).)

Hukum Dasar

Prinsip relativitas Galileo

Prinsip dasar yang mendasari mekanika klasik adalah prinsip relativitas, yang dirumuskan oleh G. Galileo berdasarkan pengamatan empiris. Menurut prinsip ini, ada tak terhingga banyak kerangka acuan di mana benda bebas diam atau bergerak dengan kecepatan konstan dalam nilai dan arah absolut. Kerangka acuan ini disebut inersia dan bergerak relatif satu sama lain secara seragam dan lurus. Dalam semua kerangka acuan inersia, sifat-sifat ruang dan waktu adalah sama, dan semua proses dalam sistem mekanis mengikuti hukum yang sama. Prinsip ini juga dapat dirumuskan sebagai tidak adanya sistem referensi absolut, yaitu sistem referensi yang entah bagaimana dibedakan relatif terhadap yang lain.

hukum Newton

Dasar dari mekanika klasik adalah tiga hukum Newton (merumuskan hukum-hukum ini, Newton menggunakan istilah "tubuh", meskipun sebenarnya mereka berbicara tentang poin material).

Hukum kedua Newton tidak cukup untuk menggambarkan gerak partikel. Selain itu, deskripsi kekuatan diperlukan. F → (\displaystyle (\vec (F))), diperoleh dari pertimbangan esensi interaksi fisik di mana tubuh berpartisipasi.

Hukum kekekalan energi

Hukum kekekalan energi adalah konsekuensi dari hukum Newton untuk sistem konservatif tertutup (yaitu, sistem di mana hanya gaya konservatif yang bekerja). Dasar fundamental dari hukum ini adalah properti keseragaman waktu, dan hubungan antara hukum kekekalan energi dan sifat ini sekali lagi diungkapkan oleh teorema Noether.

Menyebar ke tubuh yang diperpanjang

Mekanika klasik juga mencakup deskripsi gerakan kompleks benda non-titik yang diperluas. Perluasan hukum mekanika Newton untuk objek semacam itu sebagian besar disebabkan oleh Euler. Perumusan modern hukum Euler juga menggunakan peralatan vektor tiga dimensi.

Ekspresi momentum dan energi kinetik di atas hanya berlaku jika tidak ada kontribusi elektromagnetik yang signifikan. Dalam elektromagnetisme, hukum kedua Newton untuk kawat pembawa arus dilanggar jika kontribusi medan elektromagnetik terhadap momentum sistem tidak diperhitungkan; kontribusi seperti itu dinyatakan dalam vektor Poynting dibagi dengan C 2 , dimana C adalah kecepatan cahaya di ruang bebas.

Cerita

Jaman dahulu

Mekanika klasik berasal dari zaman kuno terutama sehubungan dengan masalah yang muncul selama konstruksi. Bagian mekanika pertama yang dikembangkan adalah statika, yang fondasinya diletakkan dalam karya Archimedes pada abad ke-3 SM. e. Dia merumuskan aturan tuas, teorema penambahan gaya paralel, memperkenalkan konsep pusat gravitasi, meletakkan dasar hidrostatika (gaya Archimedes).

Abad Pertengahan

waktu baru

abad ke-17

Peletakan dasar mekanika klasik diselesaikan oleh karya Isaac Newton, yang merumuskan hukum mekanika dalam bentuk yang paling umum dan menemukan hukum gravitasi universal. Pada tahun 1684, ia juga menetapkan hukum gesekan kental dalam cairan dan gas.

Juga pada abad ke-17, pada tahun 1660, hukum deformasi elastis dirumuskan, dengan nama penemunya Robert Hooke.

abad ke 18

abad ke-19

Mekanika klasik adalah teori yang berdiri sendiri, yaitu dalam kerangka kerjanya tidak ada pernyataan yang saling bertentangan. Secara umum, ini cocok dengan teori "klasik" lainnya (seperti elektrodinamika klasik dan termodinamika klasik), tetapi pada akhir abad ke-19, beberapa ketidakkonsistenan antara teori-teori ini muncul; mengatasi perbedaan ini menandai pembentukan fisika modern. Secara khusus:

• Persamaan elektrodinamika klasik adalah non-invarian sehubungan dengan transformasi Galilea: karena persamaan ini mencakup (sebagai konstanta fisik, konstanta untuk semua pengamat) kecepatan cahaya, maka elektrodinamika klasik dan mekanika klasik kompatibel hanya dalam satu kerangka acuan terpilih – terkait dengan eter. Tetapi verifikasi eksperimental tidak mengungkap keberadaan eter, dan ini mengarah pada penciptaan  teori  relativitas khusus (di mana persamaan mekanika dimodifikasi).
• Beberapa pernyataan termodinamika klasik juga tidak sesuai dengan mekanika klasik: penerapannya bersama dengan hukum mekanika klasik mengarah ke paradoks Gibbs (yang menurutnya tidak mungkin untuk secara akurat menentukan nilai entropi) dan bencana ultraviolet (yang terakhir berarti bahwa

“Pikirkan manfaat yang diberikan oleh contoh yang baik kepada kita, dan Anda akan menemukan bahwa ingatan tentang orang-orang hebat tidak kalah berguna dari kehadiran mereka”

Mekanik adalah salah satu yang paling kuno Ilmu. Itu muncul dan berkembang di bawah pengaruh permintaan praktik publik dan juga terima kasih kepada abstraksi aktivitas berpikir manusia. Bahkan di zaman prasejarah, orang membuat bangunan dan mengamati pergerakan berbagai benda. Banyak hukum gerak mekanis dan keseimbangan benda-benda material dikenal oleh umat manusia melalui pengulangan berulang-ulang, murni secara eksperimental. Ini pengalaman sosio-historis, diturunkan dari generasi ke generasi, dan merupakan sumber bahan analisis yang dikembangkan mekanika sebagai ilmu. Munculnya dan perkembangan mekanika terkait erat dengan produksi, Dengan kebutuhan masyarakat manusia. “Pada tahap tertentu dalam perkembangan pertanian,” tulis Engels, “dan di negara-negara tertentu (menaikkan air untuk irigasi di Mesir), dan terutama seiring dengan munculnya kota-kota, gedung-gedung besar dan perkembangan kerajinan tangan, berkembang dan Mekanika. Segera itu juga diperlukan untuk urusan pelayaran dan militer.

Pertama manuskrip dan laporan ilmiah di bidang mekanika yang bertahan hingga saat ini adalah miliknya sarjana kuno Mesir dan Yunani. Papirus dan buku tertua, di mana studi tentang beberapa masalah mekanika yang paling sederhana telah disimpan, terutama berkaitan dengan berbagai masalah. statika, yaitu doktrin keseimbangan. Pertama-tama, di sini perlu disebutkan karya filsuf terkemuka Yunani kuno (384-322 SM), yang memperkenalkan nama itu Mekanika untuk bidang pengetahuan manusia yang luas, di mana gerakan paling sederhana dari benda-benda material, yang diamati di alam dan diciptakan oleh manusia selama aktivitasnya, dipelajari.

Aristoteles lahir di koloni Yunani Stagira di Thrace. Ayahnya adalah seorang tabib raja Makedonia. Pada tahun 367, Aristoteles menetap di Athena, di mana ia menerima pendidikan filosofis di Akademi filsuf idealis terkenal di Yunani. Plato. Pada tahun 343 Aristoteles mengambil alih guru Alexander Agung(Alexander Agung berkata: "Saya menghormati Aristoteles setara dengan ayah saya, karena jika saya berutang hidup saya kepada ayah saya, maka saya berutang kepada Aristoteles segala sesuatu yang memberinya harga"), yang kemudian menjadi komandan dunia kuno yang terkenal. Sekolah filosofisnya, disebut sekolah bergerak, Aristoteles didirikan pada tahun 335 di Athena. Beberapa ketentuan filosofis Aristoteles tidak kehilangan signifikansinya hingga saat ini. F. Engels menulis; "Para filsuf Yunani kuno semuanya terlahir sebagai ahli dialektika unsur, dan Aristoteles, pemimpin paling universal di antara mereka, telah menjelajahi semua bentuk esensial dari pemikiran dialektika." Namun di bidang mekanika, hukum universal pemikiran manusia yang luas ini tidak mendapat refleksi yang bermanfaat dalam karya Aristoteles.

Archimedes memiliki sejumlah besar penemuan teknis, termasuk yang paling sederhana mesin pengangkat air (sekrup archimedean), yang telah menemukan aplikasi di Mesir untuk mengeringkan tanah pertanian yang dibanjiri air. Dia menunjukkan dirinya sebagai insinyur militer sambil mempertahankan kampung halamannya di Syracuse (Sisilia). Archimedes memahami kekuatan dan pentingnya penelitian ilmiah yang akurat dan sistematis bagi umat manusia, dan kata-kata bangga dikaitkan dengannya: " Beri aku tempat untuk berdiri dan aku akan memindahkan bumi."

Archimedes terbunuh oleh pedang seorang tentara Romawi selama pembantaian yang diatur oleh orang Romawi selama penangkapan Syracuse. Tradisi mengatakan bahwa Archimedes, yang tenggelam dalam pertimbangan figur geometris, berkata kepada seorang prajurit yang mendekatinya: "Jangan sentuh gambar saya." Prajurit itu, melihat dengan kata-kata ini penghinaan terhadap kekuatan para pemenang, memenggal kepalanya, dan darah Archimedes menodai karya ilmiahnya.

astronom kuno yang terkenal Ptolemeus(Abad II M - ada bukti bahwa Ptolemeus (Claudius Ptolemaeus) tinggal dan bekerja di Aleksandria dari tahun 127 hingga 141 atau 151. Menurut legenda Arab, ia meninggal pada usia 78 tahun.) dalam karyanya " Konstruksi Matematika Besar Astronomi dalam 13 Buku"mengembangkan sistem geosentris dunia, di mana gerakan nyata cakrawala dan planet dijelaskan dengan asumsi bahwa Bumi tidak bergerak dan berada di pusat alam semesta. Seluruh cakrawala membuat revolusi penuh mengelilingi Bumi dalam 24 jam, dan bintang-bintang hanya berpartisipasi dalam pergerakan harian, sambil mempertahankan posisi relatifnya tidak berubah; planet, terlebih lagi, bergerak relatif terhadap bola langit, mengubah posisinya relatif terhadap bintang. Hukum gerakan semu planet ditetapkan oleh Ptolemeus sedemikian rupa sehingga memungkinkan untuk memprediksi posisi mereka relatif terhadap bola bintang tetap.

Namun, teori struktur alam semesta, yang diciptakan oleh Ptolemeus, keliru; itu menyebabkan skema gerak planet yang luar biasa kompleks dan artifisial dan dalam beberapa kasus tidak dapat sepenuhnya menjelaskan pergerakan nyata mereka relatif terhadap bintang. Ketidakkonsistenan yang sangat besar antara perhitungan dan pengamatan diperoleh dengan prediksi gerhana matahari dan bulan yang dibuat bertahun-tahun sebelumnya.

Ptolemeus tidak mengikuti secara ketat metodologi Aristoteles dan melakukan eksperimen sistematis tentang pembiasan cahaya. Pengamatan fisiologis-optik Ptolemeus belum kehilangan minatnya hingga saat ini. Sudut pembiasan cahaya yang ditemukannya selama transisi dari udara ke air, dari udara ke kaca dan dari air ke kaca adalah sangat akurat untuk waktunya. Kombinasi Ptolemeus luar biasa ahli matematika yang ketat dan eksperimen halus.

Di era Abad Pertengahan, perkembangan semua ilmu pengetahuan, begitu pula mekanika, sangat kuat melambat. Selain itu, selama tahun-tahun ini, monumen sains, teknologi, dan seni paling berharga dari zaman dahulu dihancurkan dan dihancurkan. Para fanatik agama menghapus semua prestasi ilmu pengetahuan dan budaya dari muka bumi. Sebagian besar ilmuwan pada periode ini secara membabi buta menganut metode skolastik Aristoteles di bidang mekanika, menganggap semua ketentuan yang terkandung dalam tulisan ilmuwan ini benar tanpa syarat. Sistem geosentris dunia Ptolemeus dikanonisasi. Pidato yang menentang sistem dunia ini dan prinsip-prinsip dasar filosofi Aristoteles dianggap melanggar dasar-dasar Kitab Suci, dan para peneliti yang memutuskan untuk melakukan ini dinyatakan bidah. “Imamat membunuh yang hidup di Aristoteles dan mengabadikan yang mati,” tulis Lenin. Skolastik yang mati dan kosong mengisi halaman-halaman banyak risalah. Masalah konyol diajukan, dan pengetahuan yang tepat dianiaya dan layu. Sejumlah besar karya mekanika di Abad Pertengahan dikhususkan untuk menemukan " ponsel abadi”, mis. mesin gerak abadi beroperasi tanpa menerima energi dari luar. Karya-karya ini, sebagian besar, tidak banyak berkontribusi pada perkembangan mekanika (Muhammad dengan baik mengungkapkan ideologi Abad Pertengahan, dengan mengatakan: "Jika sains mengajarkan apa yang tertulis dalam Alquran, itu berlebihan; jika diajarkan sebaliknya, itu tidak bertuhan dan kriminal"). “Abad Pertengahan Kristen tidak menyisakan apa pun untuk sains,” kata F. Engels dalam Dialectics of Nature.

Perkembangan intensif mekanika dimulai pada Renaisans dari awal abad ke-15 di Italia, dan kemudian di negara lain. Di era ini, kemajuan besar dalam pengembangan mekanika dicapai berkat kerja kerasnya (1452-1519), (1473-1543) dan Galilea (1564-1642).

Pelukis Italia terkenal, ahli matematika, mekanik dan insinyur, Leonardo da Vinci terlibat dalam penelitian tentang teori mekanisme (ia membuat mesin bubut elips), mempelajari gesekan pada mesin, menyelidiki pergerakan air dalam pipa dan pergerakan benda di sepanjang bidang miring. Dia adalah orang pertama yang menyadari pentingnya konsep baru mekanika - momen gaya relatif terhadap suatu titik. Menyelidiki keseimbangan gaya yang bekerja pada balok, ia menetapkan bahwa peran bahu gaya dimainkan oleh panjang garis tegak lurus yang dijatuhkan dari titik tetap balok ke arah tali yang membawa beban. Kesetimbangan balok hanya mungkin jika produk gaya dan panjang tegak lurus yang bersesuaian sama; dengan kata lain, kesetimbangan balok hanya mungkin dengan syarat bahwa jumlah momen statis gaya relatif terhadap titik pertambahan berat balok akan sama dengan nol.

Sebuah revolusi revolusioner dalam pandangan tentang struktur alam semesta dilakukan oleh seorang ilmuwan Polandia yang, seperti yang tertulis secara kiasan di monumennya di Warsawa, "menghentikan Matahari dan memindahkan Bumi". baru, sistem heliosentris dunia menjelaskan pergerakan planet, berdasarkan fakta bahwa Matahari adalah pusat tetap, di mana semua planet bergerak dalam lingkaran. Berikut adalah kata-kata asli Copernicus, yang diambil dari karya abadinya: “Apa yang tampak bagi kita sebagai pergerakan Matahari tidak berasal dari pergerakannya, tetapi dari pergerakan Bumi dan bolanya, yang dengannya kita berputar mengelilingi Matahari, seperti planet lain mana pun. Jadi, Bumi memiliki lebih dari satu gerakan. Gerakan planet yang tampak sederhana dan mundur bukan karena gerakannya, tetapi karena gerakan Bumi. Jadi, satu gerakan Bumi cukup untuk menjelaskan begitu banyak ketidaksetaraan yang tampak di langit.

Dalam karya Copernicus, ciri utama pergerakan planet terungkap dan perhitungan dibuat terkait dengan prediksi gerhana matahari dan bulan. Penjelasan tentang gerak balik semu Merkurius, Venus, Mars, Yupiter, dan Saturnus relatif terhadap bola bintang-bintang tetap telah memperoleh kejelasan, kejelasan, dan kesederhanaan. Copernicus dengan jelas memahami kinematika gerak relatif benda-benda di ruang angkasa. Dia menulis: “Setiap perubahan posisi yang dirasakan terjadi karena pergerakan objek yang diamati atau pengamat, atau karena pergerakan keduanya, jika, tentu saja, keduanya berbeda satu sama lain; karena ketika objek yang diamati dan pengamat bergerak dengan cara dan arah yang sama, tidak ada gerakan yang terlihat antara objek yang diamati dan pengamat.

Benar-benar ilmiah Teori Copernicus memungkinkan untuk memperoleh sejumlah hasil praktis yang penting: untuk meningkatkan keakuratan tabel astronomi, untuk mereformasi kalender (memperkenalkan gaya baru), dan untuk menentukan panjang tahun dengan lebih ketat.

Karya ilmuwan Italia yang brilian Galilea adalah fundamental bagi pembangunan speaker.
Dinamika sebagai ilmu didirikan oleh Galileo, yang menemukan banyak sifat yang sangat penting dari gerakan yang dipercepat dan lambat secara seragam. Fondasi ilmu baru ini dikemukakan oleh Galileo dalam bukunya yang berjudul "Conversations and Mathematical Proofs Concerning Two New Branch of Science Relating to Mechanics and Local Motion". Dalam bab III, tentang dinamika, Galileo menulis: “Kami sedang menciptakan ilmu baru, yang subjeknya sudah sangat tua. Di alam, tidak ada gerakan kuno, tetapi justru sehubungan dengan itu para filsuf telah menulis sangat sedikit signifikansi. Oleh karena itu, saya telah berulang kali mempelajari ciri-cirinya berdasarkan pengalaman, yang cukup pantas untuk ini, tetapi sampai sekarang tidak diketahui atau tidak terbukti. Jadi, misalnya, mereka mengatakan bahwa gerak alami benda yang jatuh adalah gerak yang dipercepat. Namun, sejauh mana percepatan meningkat belum diindikasikan; sejauh yang saya tahu, belum ada yang membuktikan bahwa ruang-ruang yang dilalui oleh benda jatuh pada interval waktu yang sama berhubungan satu sama lain sebagai bilangan ganjil yang berurutan. Terlihat juga bahwa benda atau proyektil yang dilempar menggambarkan garis lengkung tertentu, tetapi tidak ada yang menunjukkan bahwa garis ini adalah parabola.

Galileo Galilei (1564-1642)

Sebelum Galileo, gaya yang bekerja pada benda biasanya dianggap dalam keadaan seimbang dan aksi gaya diukur hanya dengan metode statis (tuas, timbangan). Galileo menunjukkan bahwa gaya adalah penyebab dari perubahan kecepatan, dan dengan demikian terbentuklah metode dinamis perbandingan kekuatan. Penelitian Galileo di bidang mekanika penting tidak hanya untuk hasil yang berhasil diperolehnya, tetapi juga untuk pengenalannya yang konsisten pada mekanika. eksperimental metode penelitian gerak.

Jadi, misalnya, hukum isokronisme osilasi pendulum pada sudut defleksi kecil, hukum gerak suatu titik di sepanjang bidang miring diselidiki oleh Galileo melalui eksperimen yang dipentaskan dengan cermat.

Berkat karya-karya Galileo, perkembangan mekanika sangat erat kaitannya dengan tuntutan teknologi, Dan eksperimen ilmiah diperkenalkan secara sistematis sebagai berbuah metode penelitian fenomena gerak mekanis. Galileo dalam percakapannya secara langsung mengatakan bahwa mengamati karya master "pertama" di gudang senjata Venesia dan berbicara dengan mereka membantunya memahami "penyebab fenomena yang tidak hanya menakjubkan, tetapi juga pada awalnya tampak sangat tidak dapat dipercaya." Banyak ketentuan mekanika Aristoteles ditentukan oleh Galileo (seperti, misalnya, hukum tentang penambahan gerak) atau dengan sangat cerdik dibantah oleh penalaran logis murni (penyangkalan dengan menyiapkan eksperimen dianggap tidak cukup pada saat itu). Di sini kami menyajikan bukti Galileo untuk mencirikan gaya tersebut. menyangkal Posisi Aristoteles bahwa benda berat di permukaan bumi jatuh lebih cepat, dan benda ringan jatuh lebih lambat. Penalaran diberikan dalam bentuk percakapan antara pengikut Galileo (Salviati) dan Aristoteles (Simplicio):

« Salviati: ... Tanpa percobaan lebih lanjut, dengan penalaran yang singkat namun meyakinkan, kita dapat dengan jelas menunjukkan ketidaktepatan pernyataan benda yang lebih berat bergerak lebih cepat daripada yang lebih ringan, menyiratkan benda dari substansi yang sama, yaitu. seperti yang dibicarakan Aristoteles. Nyatanya, beri tahu saya, Senor Simplicio, apakah Anda mengakui bahwa setiap benda yang jatuh pada dasarnya memiliki kecepatan tertentu, yang dapat ditingkatkan atau dikurangi hanya dengan memasukkan gaya atau rintangan baru?
Simplisia: Saya yakin benda yang sama dalam medium yang sama memiliki kecepatan konstan, ditentukan oleh alam, yang tidak dapat meningkat kecuali dari penerapan gaya baru, atau berkurang kecuali dari penghalang yang memperlambat gerakan.
Salviati: Jadi, jika kita memiliki dua benda jatuh, yang kecepatan alaminya berbeda, dan kita gabungkan yang lebih cepat dengan yang lebih lambat, maka jelaslah bahwa gerak benda yang jatuh lebih cepat akan agak tertunda, dan gerak yang lain akan agak dipercepat. Apakah Anda keberatan dengan posisi ini?
Simplisia: Saya pikir ini cukup benar.
Salviati: Tetapi jika demikian, dan jika pada saat yang sama benar bahwa sebuah batu besar bergerak, katakanlah, dengan kecepatan delapan hasta, sementara yang lain, yang lebih kecil, dengan kecepatan empat hasta, maka dengan menggabungkannya, kita harus mendapatkan kecepatan kurang dari delapan hasta; tetapi dua batu yang disatukan membuat benda lebih besar dari aslinya, yang memiliki kecepatan delapan hasta; oleh karena itu, ternyata benda yang lebih berat bergerak dengan kecepatan lebih rendah daripada benda yang lebih ringan, dan ini bertentangan dengan asumsi Anda. Anda lihat sekarang bagaimana, dari posisi benda yang lebih berat bergerak lebih cepat daripada benda yang lebih ringan, saya dapat menyimpulkan bahwa benda yang lebih berat bergerak lebih lambat.

Fenomena jatuhnya benda yang dipercepat secara seragam di Bumi telah diamati oleh banyak ilmuwan sebelum Galileo, tetapi tidak satupun dari mereka dapat menemukan penyebab sebenarnya dan hukum yang benar yang menjelaskan fenomena sehari-hari ini. Lagrange mencatat pada kesempatan ini bahwa "diperlukan seorang jenius yang luar biasa untuk menemukan hukum alam dalam fenomena yang selalu ada di depan mata kita, tetapi penjelasannya, bagaimanapun, selalu lolos dari penelitian para filsuf."

Jadi, Galileo adalah pendiri dinamika modern. Galileo dengan jelas memahami hukum inersia dan aksi gaya yang independen dalam bentuk modernnya.

Galileo adalah astronom pengamat yang luar biasa dan pendukung setia pandangan dunia heliosentris. Memperbaiki teleskop secara radikal, Galileo menemukan fase Venus, satelit Jupiter, bintik-bintik di Matahari. Dia mengobarkan perjuangan materialistis yang gigih dan konsisten melawan skolastik Aristoteles, sistem Ptolemy yang bobrok, dan kanon anti-ilmiah Gereja Katolik. Galileo adalah salah satu orang hebat dalam sains, "yang tahu bagaimana mendobrak yang lama dan menciptakan yang baru, terlepas dari segala rintangan, terlepas dari segalanya."
Karya-karya Galileo dilanjutkan dan dikembangkan (1629-1695), yang berkembang teori osilasi bandul fisik dan diinstal hukum aksi gaya sentrifugal. Huygens memperluas teori gerakan yang dipercepat dan diperlambat dari satu titik (gerakan translasional benda) ke kasus sistem titik mekanis. Ini adalah langkah maju yang signifikan, karena memungkinkan untuk mempelajari gerakan rotasi benda tegar. Huygens memperkenalkan konsep momen inersia benda terhadap sumbu dan mendefinisikan apa yang disebut pusat ayunan" pendulum fisik. Saat menentukan pusat ayunan pendulum fisik, Huygens melanjutkan dari prinsip bahwa "sistem benda berbobot yang bergerak di bawah pengaruh gravitasi tidak dapat bergerak sedemikian rupa sehingga pusat gravitasi umum benda naik di atas posisi aslinya." Huygens juga menunjukkan dirinya sebagai seorang penemu. Dia menciptakan desain jam pendulum, menemukan penyeimbang-pengatur jam saku, membangun tabung astronomi terbaik saat itu dan menjadi orang pertama yang melihat dengan jelas cincin planet Saturnus.

Untuk menggambarkan kecepatan yang tidak kecil dibandingkan dengan kecepatan cahaya, diperlukan relativitas khusus. Jika objek menjadi sangat masif, relativitas umum menjadi berlaku. Namun, sejumlah sumber kontemporer memasukkan mekanika relativistik ke dalam fisika klasik, yang mereka klaim mewakili mekanika klasik dalam bentuknya yang paling maju dan tepat.

Deskripsi teori

Konsep dasar mekanika klasik diperkenalkan di bawah ini. Untuk penyederhanaan, seringkali memodelkan objek nyata sebagai partikel titik (objek dengan ukuran yang dapat diabaikan). Gerakan partikel titik dicirikan oleh sejumlah kecil parameter: posisinya, massa, dan gaya yang diterapkan padanya. Masing-masing parameter ini dibahas secara bergantian.

Pada kenyataannya, jenis objek yang dapat dideskripsikan oleh mekanika klasik selalu memiliki ukuran bukan nol. (Fisika Sangat partikel kecil, seperti elektron, lebih akurat dijelaskan oleh mekanika kuantum.) Objek dengan ukuran bukan nol memiliki perilaku yang lebih kompleks daripada partikel titik hipotetis, karena derajat kebebasan tambahan, misalnya, bola bisbol dapat berputar saat bergerak. Namun, hasil untuk partikel titik dapat digunakan untuk mempelajari objek semacam itu dengan memperlakukannya sebagai objek gabungan yang terdiri dari sejumlah besar partikel titik yang bekerja bersama. Pusat massa benda komposit berperilaku seperti partikel titik.

Posisi dan turunannya

Posisi tentang partikel titik didefinisikan sehubungan dengan sistem koordinat yang berpusat pada titik referensi tetap yang berubah-ubah dalam ruang yang disebut titik asal kesimpulan. Sistem koordinat sederhana dapat menggambarkan posisi partikel R dengan vektor yang ditulis oleh panah dengan tulisan G, yang menunjuk dari asalnya HAI ke titik P. Secara umum, partikel titik tidak harus diam terhadap HAI. Dalam kasus di mana R bergerak relatif terhadap HAI , R didefinisikan sebagai fungsi dari T, waktu . Dalam relativitas pra-Einstein (dikenal sebagai relativitas Galilea), waktu dianggap mutlak, yang berarti interval waktu yang teramati untuk berlalu di antara setiap pasangan peristiwa adalah sama untuk semua pengamat. Selain mengandalkan waktu absolut, mekanika klasik mengasumsikan geometri Euclidean untuk struktur ruang.

kecepatan dan kecepatan

Secara matematis, jika kecepatan benda pertama pada pembahasan sebelumnya dilambangkan dengan vektor AS = ASD , dan kecepatan benda kedua sepanjang vektor tentang = tentange , Di mana pada adalah kecepatan benda pertama, ay adalah kecepatan benda kedua, dan D Dan e adalah vektor satuan dalam arah gerak masing-masing benda, maka kecepatan benda pertama, seperti yang ditunjukkan oleh benda kedua

Demikian pula, objek pertama melihat kecepatan objek kedua sebagai

Ketika kedua benda bergerak ke arah yang sama, maka persamaan ini dapat disederhanakan

Atau, mengabaikan arah, perbedaannya hanya dapat diberikan dalam hal kecepatan:

percepatan

Kerangka inersia adalah kerangka acuan, di mana suatu objek berinteraksi tanpa gaya apa pun (situasi ideal) tampak diam atau bergerak secara seragam dalam garis lurus. Ini adalah definisi mendasar dari kerangka acuan inersia. Mereka dicirikan oleh persyaratan bahwa semua gaya yang memasuki pengamat hukum fisika berasal dari sumber yang dapat diidentifikasi, medan induksi seperti medan elektrostatik (disebabkan oleh muatan listrik statis), medan elektromagnet (disebabkan oleh pergerakan muatan), medan gravitasi (disebabkan oleh massa), dan sebagainya.

Konsep kunci inersia adalah metode untuk mengidentifikasinya. Untuk tujuan praktis, kerangka acuan yang tidak berakselerasi relatif terhadap bintang yang jauh (titik yang sangat jauh) dianggap sebagai perkiraan yang baik untuk yang inersia. Kerangka acuan non-inersia dipercepat sehubungan dengan kerangka acuan inersia yang ada. Mereka membentuk dasar teori relativitas Einstein. Karena gerak relatif, partikel dalam non-inersia tampak bergerak dengan cara yang belum dijelaskan oleh gaya dari medan yang ada dalam kerangka acuan. Jadi, ternyata ada gaya lain yang masuk ke persamaan gerak hanya sebagai akibat percepatan relatif. Gaya-gaya ini disebut gaya fiktif, gaya inersia, atau gaya semu.

Transformasi memiliki konsekuensi sebagai berikut:

• ay "= ay - AS(kecepatan ay"partikel dalam hal S"lebih lambat AS daripada kecepatannya V dari sudut pandang S)
• "= (percepatan partikel sama dalam setiap kerangka acuan inersia)
• F "= F(gaya yang bekerja pada partikel adalah sama dalam setiap kerangka acuan inersia)
• kecepatan cahaya tidak konstan dalam mekanika klasik, dan posisi non-khusus dari kecepatan cahaya tertentu dalam mekanika relativistik memiliki analogi dalam mekanika klasik.

Untuk beberapa tugas, lebih mudah menggunakan koordinat putar (bingkai referensi). Dengan demikian, seseorang dapat menyimpan pemetaan dalam kerangka acuan inersia yang nyaman, atau memperkenalkan gaya sentrifugal fiktif tambahan dan gaya Coriolis.

kekuatan; hukum kedua Newton

Jika usaha dilakukan sambil memindahkan sebuah partikel dari G 1 sampai G 2 adalah sama tidak peduli jalan mana yang diambil, kekuatannya disebut konservatif. Gaya gravitasi adalah gaya konservatif, seperti gaya akibat pegas ideal seperti yang diberikan oleh hukum Hooke. Gaya akibat gesekan tidak konservatif.

konstan dalam waktu. Ini sering berguna, karena banyak gaya yang biasa ditemui bersifat konservatif.

Di luar hukum Newton

Mekanika klasik juga menggambarkan gerakan yang lebih kompleks dari objek yang diperluas, bukan secara langsung. Hukum Euler menyediakan perluasan hukum Newton di bidang ini. Konsep momentum sudut bergantung pada kalkulus yang sama yang digunakan untuk menggambarkan gerak satu dimensi. Persamaan roket memperluas konsep laju perubahan momentum suatu benda untuk memasukkan efek dari suatu benda yang "kehilangan massa".

Ada dua formulasi alternatif penting dari mekanika klasik: mekanika Lagrange dan mekanika Hamilton. Ini dan persiapan modern lainnya cenderung mengabaikan konsep "gaya", daripada merujuk pada kuantitas fisik lainnya seperti energi, kecepatan, dan momentum, untuk menggambarkan sistem mekanis dalam koordinat umum.

Ungkapan di atas untuk momentum dan energi kinetik hanya berlaku bila tidak ada kontribusi elektromagnetik yang signifikan. Dalam elektromagnetisme, hukum kedua Newton untuk kawat konduktif gagal jika tidak menyertakan kontribusi medan pada momentum elektromagnetik sistem, yang dinyatakan oleh vektor Poynting dibagi dengan Dengan 2 , dimana Dengan adalah kecepatan cahaya di ruang bebas.

Batas penerapan

Banyak cabang mekanika klasik merupakan penyederhanaan atau perkiraan bentuk yang lebih tepat; dua yang paling akurat adalah relativitas umum dan mekanika statistik relativistik. Optik geometris merupakan perkiraan teori cahaya kuantum, dan tidak memiliki bentuk "klasik" yang unggul.

Ketika mekanika kuantum dan mekanika klasik tidak dapat diterapkan, seperti pada tingkat kuantum dengan banyak derajat kebebasan, teori medan kuantum (QFT) digunakan. QFT berurusan dengan jarak kecil dan kecepatan tinggi dengan sejumlah besar derajat kebebasan, serta kemungkinan perubahan jumlah partikel selama interaksi. Saat menangani derajat kebebasan yang besar pada tingkat makroskopis, mekanika statistik menjadi berguna. Mekanika statistik menggambarkan perilaku partikel dalam jumlah besar (tetapi dapat dihitung) dan interaksinya secara umum pada tingkat makroskopik. Mekanika statistik terutama digunakan dalam termodinamika untuk sistem yang berada di luar batas asumsi termodinamika klasik. Dalam kasus benda berkecepatan tinggi yang mendekati kecepatan cahaya, mekanika klasik ditingkatkan. Dalam kasus di mana objek menjadi sangat berat (yaitu jari-jari Schwarzschild mereka tidak dapat diabaikan untuk aplikasi tertentu), penyimpangan dari mekanika Newton akan menjadi jelas dan dapat diukur dengan menggunakan formalisme post-Newtonian yang diparametrikan. Dalam hal ini, Relativitas Umum (GR) menjadi berlaku. Namun, masih belum ada teori gravitasi kuantum yang menggabungkan GR dan QFT dalam arti dapat digunakan saat objek menjadi sangat kecil dan berat.

Pendekatan Newton untuk relativitas khusus

Dalam relativitas khusus, momentum partikel diberikan oleh

Di mana T adalah massa partikel sisa, V kecepatannya, ay adalah sebuah modul V, A Dengan adalah kecepatan cahaya.

Jika V sangat kecil dibandingkan dengan Dengan , ay 2 / Dengan 2 kira-kira sama dengan nol, dan sebagainya

Jadi persamaan Newton R = Tay adalah perkiraan persamaan relativistik untuk benda yang bergerak dengan kecepatan rendah dibandingkan dengan kecepatan cahaya.

Misalnya, frekuensi siklotron relativistik dari siklotron, girotron, atau magnetron tegangan tinggi diberikan oleh

Di mana e c adalah frekuensi klasik elektron (atau partikel bermuatan lainnya) dengan energi kinetik T dan (sisa) massa M 0 berputar dalam medan magnet. Massa elektron (sisanya) adalah 511 keV. Dengan demikian, koreksi frekuensi adalah 1% untuk tabung vakum magnetik DC pada tegangan percepatan 5,11 kV.

Pendekatan klasik untuk mekanika kuantum

Pendekatan balok mekanika klasik rusak ketika panjang gelombang de Broglie tidak jauh lebih kecil dari dimensi lain dari sistem. Untuk partikel non-relativistik, panjang gelombang ini

Mekanika klasik adalah perkiraan frekuensi tinggi ekstrim yang sama dengan optik geometris. Ini lebih sering tepat karena menggambarkan partikel dan benda dengan massa diam. Mereka memiliki lebih banyak momentum dan karena itu panjang gelombang de Broglie lebih pendek daripada partikel tak bermassa seperti cahaya dengan energi kinetik yang sama.

cerita

Studi tentang gerak benda adalah salah satu yang kuno, menjadikan mekanika klasik salah satu mata pelajaran tertua dan terbesar dalam sains, teknik, dan teknologi.

Setelah Newton, mekanika klasik menjadi bidang studi utama dalam matematika dan juga fisika. Beberapa persiapan berulang secara bertahap memungkinkan untuk menemukan solusi untuk masalah yang jauh lebih besar. Reformulasi penting pertama adalah pada tahun 1788 oleh Joseph Louis Lagrange. Mekanika Lagrangian pada gilirannya dirumuskan ulang pada tahun 1833 oleh William Rowan Hamilton.

Beberapa kesulitan ditemukan pada akhir abad ke-19, yang hanya dapat diselesaikan dengan bantuan fisika yang lebih modern. Beberapa dari kesulitan ini terkait dengan kesesuaian dengan teori elektromagnetik, dan eksperimen Michelson-Morley yang terkenal. Solusi untuk masalah ini mengarah pada teori relativitas khusus, yang seringkali masih dianggap sebagai bagian dari mekanika klasik.

Kesulitan kedua terkait dengan termodinamika. Dikombinasikan dengan termodinamika, mekanika klasik mengarah ke paradoks Gibbs mekanika statistik klasik, di mana entropi bukanlah kuantitas yang terdefinisi dengan baik. Radiasi benda hitam belum dijelaskan tanpa pendahuluan

dari Wikipedia, ensiklopedia gratis

mekanika klasik- sejenis mekanika (bagian fisika yang mempelajari hukum perubahan posisi benda dalam ruang dari waktu ke waktu dan penyebab yang menyebabkannya), berdasarkan hukum Newton dan prinsip relativitas Galileo. Oleh karena itu sering disebut mekanika Newton».

Mekanika klasik dibagi menjadi:

statika (yang mempertimbangkan keseimbangan tubuh)

kinematika (yang mempelajari sifat geometris gerak tanpa mempertimbangkan penyebabnya)

dinamika (yang mempertimbangkan pergerakan tubuh).

Mekanika klasik memberikan hasil yang sangat akurat jika penerapannya terbatas pada benda yang kecepatannya jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya, dan yang dimensinya jauh lebih besar daripada dimensi atom dan molekul. Mekanika relativistik adalah generalisasi mekanika klasik untuk benda yang bergerak dengan kecepatan sewenang-wenang, dan mekanika kuantum untuk benda yang dimensinya sebanding dengan atom.Teori medan kuantum mempertimbangkan efek relativistik kuantum.

Namun demikian, mekanika klasik mempertahankan nilainya karena:

itu jauh lebih mudah dipahami dan digunakan daripada teori lain

dalam rentang yang luas, ini menggambarkan realitas dengan cukup baik.

Mekanika klasik dapat digunakan untuk menggambarkan gerak benda seperti gasing dan bola, banyak benda astronomi (seperti planet dan galaksi), dan kadang-kadang bahkan banyak benda mikroskopis seperti molekul.

Mekanika klasik adalah teori yang berdiri sendiri, yaitu dalam kerangka kerjanya tidak ada pernyataan yang saling bertentangan. Namun, kombinasinya dengan teori klasik lainnya, seperti elektrodinamika klasik dan termodinamika, menyebabkan kontradiksi yang tak terpecahkan. Secara khusus, elektrodinamika klasik memprediksi bahwa kecepatan cahaya adalah konstan untuk semua pengamat, yang tidak sesuai dengan mekanika klasik. Pada awal abad ke-20, hal ini menimbulkan kebutuhan untuk menciptakan teori relativitas khusus. Ketika dipertimbangkan bersama dengan termodinamika, mekanika klasik mengarah ke paradoks Gibbs, di mana tidak mungkin untuk secara akurat menentukan jumlah entropi, dan bencana ultraviolet, di mana benda yang benar-benar hitam harus memancarkan energi dalam jumlah tak terbatas. Upaya untuk memecahkan masalah ini menyebabkan munculnya dan perkembangan mekanika kuantum.

10 tiket GAMBAR MEKANIS DUNIA TERMODINAMIKA

Termodinamika(Bahasa Yunani θέρμη - "panas", δύναμις - "gaya") - cabang fisika yang mempelajari hubungan dan transformasi panas dan bentuk energi lainnya. Termodinamika kimia, yang mempelajari transformasi fisik dan kimia yang terkait dengan pelepasan atau penyerapan panas, serta rekayasa panas, dipisahkan menjadi disiplin ilmu yang terpisah.

Dalam termodinamika, seseorang tidak berurusan dengan molekul individu, tetapi dengan benda makroskopis yang terdiri dari sejumlah besar partikel. Badan-badan ini disebut sistem termodinamika. Dalam termodinamika, fenomena termal dijelaskan oleh besaran makroskopis - tekanan, suhu, volume, ..., yang tidak berlaku untuk molekul dan atom individu.

Dalam fisika teoretis, bersama dengan termodinamika fenomenologis, yang mempelajari fenomenologi proses termal, termodinamika statistik dipilih, yang diciptakan untuk pembenaran mekanis termodinamika dan merupakan salah satu bagian pertama fisika statistik.

Termodinamika dapat diterapkan pada berbagai topik dalam sains dan teknologi, seperti mesin, transisi fase, reaksi kimia, fenomena transportasi, dan bahkan lubang hitam. Termodinamika penting untuk bidang fisika dan kimia lainnya, teknik kimia, teknik dirgantara, teknik mesin, biologi sel, teknik biomedis, ilmu material, dan berguna di bidang lain seperti ekonomi [

11 tiket ELEKTRODINAMIKA

Elektrodinamika- cabang fisika yang mempelajari medan elektromagnetik dalam kasus yang paling umum (yaitu, medan variabel bergantung waktu dipertimbangkan) dan interaksinya dengan benda yang bermuatan listrik (interaksi elektromagnetik). Subjek elektrodinamika mencakup hubungan fenomena listrik dan magnet, radiasi elektromagnetik (dalam kondisi berbeda, baik bebas maupun dalam berbagai kasus interaksi dengan materi), arus listrik (secara umum, bolak-balik) dan interaksinya dengan medan elektromagnetik (arus listrik dalam hal ini dapat dianggap sebagai sekumpulan partikel bermuatan bergerak). Setiap interaksi listrik dan magnetik antara benda bermuatan dianggap dalam fisika modern sebagaimana dilakukan melalui medan elektromagnetik, dan, oleh karena itu, juga menjadi subjek elektrodinamika.

Paling sering di bawah istilah elektrodinamika defaultnya adalah klasik elektrodinamika, yang hanya menjelaskan sifat kontinu medan elektromagnetik melalui sistem persamaan Maxwell; untuk menunjuk teori kuantum modern dari medan elektromagnetik dan interaksinya dengan partikel bermuatan, istilah stabil biasanya digunakan elektrodinamika kuantum.

12 tiket KONSEP SIMETRI DALAM ILMU ALAM

teorema Emmy Noether menegaskan bahwa setiap simetri kontinu dari sistem fisik sesuai dengan hukum konservasi tertentu. Jadi, hukum kekekalan energi sesuai dengan homogenitas waktu, hukum kekekalan momentum dengan homogenitas ruang, hukum kekekalan momentum dengan isotropi ruang, hukum kekekalan muatan listrik untuk mengukur simetri, dll.

Teorema ini biasanya diformulasikan untuk sistem dengan aksi fungsional dan menyatakan invarian Lagrangian sehubungan dengan beberapa kelompok transformasi kontinu.

Teorema tersebut ditetapkan dalam karya para ilmuwan sekolah Göttingen D. Gilbert, F. KleinaiE. Tidak ada. Formulasi yang paling umum dibuktikan oleh Emmy Noether pada tahun 1918.

Jenis simetri yang ditemukan dalam matematika dan ilmu alam:

simetri bilateral - simetri sehubungan dengan pantulan cermin. (simetri bilateral)

simetri orde ke-n - simetri sehubungan dengan rotasi melalui sudut 360 ° / n di sekitar sumbu apa pun. Dijelaskan oleh grup Z n .

simetri aksial (simetri radial, simetri sinar) - simetri sehubungan dengan rotasi melalui sudut sembarang di sekitar sumbu. Dijelaskan oleh grup SO(2).

simetri bola - simetri sehubungan dengan rotasi dalam ruang tiga dimensi melalui sudut sembarang. Dijelaskan oleh grup SO(3). Simetri bola lokal ruang atau medium juga disebut isotropi.

simetri rotasi adalah generalisasi dari dua simetri sebelumnya.

simetri translasi - simetri sehubungan dengan pergeseran ruang ke segala arah dengan jarak tertentu.

Invarian Lorentz - simetri sehubungan dengan rotasi sewenang-wenang dalam ruang-waktu Minkowski.

invarian pengukur adalah independensi jenis persamaan teori pengukur dalam teori medan kuantum (khususnya, teori Yang-Mills) di bawah transformasi pengukur.

supersimetri - simetri teori sehubungan dengan penggantian boson oleh fermion.

simetri yang lebih tinggi - simetri dalam analisis kelompok.

Kainosimetri adalah fenomena konfigurasi elektronik (istilah ini diperkenalkan oleh S. A. Shchukarev, yang menemukannya), yang menentukan periodisitas sekunder (ditemukan oleh E. V. Biron).

13 stasiun layanan tiket

Teori relativitas khusus(SERATUS; Juga teori relativitas pribadi) adalah teori yang menjelaskan gerak, hukum mekanika, hubungan ruang-waktu dengan kecepatan gerak sewenang-wenang yang kurang dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa, termasuk yang mendekati kecepatan cahaya. Dalam kerangka relativitas khusus, mekanika klasik Newton adalah perkiraan kecepatan rendah. Generalisasi SRT untuk medan gravitasi disebut teori relativitas umum.

Penyimpangan dalam perjalanan proses fisik dari prediksi mekanika klasik yang dijelaskan oleh teori relativitas khusus disebut efek relativistik, dan tingkat di mana efek tersebut menjadi signifikan adalah kecepatan relativistik.

14 tiket OTO

Teori relativitas umum(Relativitas umum; dia. allgemeine Relativitätstheorie) adalah teori gravitasi geometris yang mengembangkan teori relativitas khusus (SRT), yang diterbitkan oleh Albert Einstein pada tahun 1915-1916. Dalam kerangka teori relativitas umum, seperti dalam teori metrik lainnya, dipostulatkan bahwa efek gravitasi disebabkan oleh interaksi non-gaya benda dan medan yang terletak di ruang-waktu, tetapi karena deformasi ruang-waktu itu sendiri, yang terkait, khususnya, dengan keberadaan energi massa. Relativitas umum berbeda dari teori gravitasi metrik lainnya dengan menggunakan persamaan Einstein untuk menghubungkan kelengkungan ruang-waktu dengan materi yang ada di dalamnya.

Relativitas umum saat ini merupakan teori gravitasi paling sukses, didukung dengan baik oleh pengamatan. Keberhasilan pertama relativitas umum adalah menjelaskan presesi anomali perihelion Merkurius. Kemudian, pada tahun 1919, Arthur Eddington melaporkan pengamatan pembelokan cahaya di dekat Matahari pada saat gerhana total, yang secara kualitatif dan kuantitatif membenarkan prediksi relativitas umum. Sejak saat itu, banyak observasi dan eksperimen lain telah mengkonfirmasi sejumlah besar prediksi teori, termasuk pelebaran waktu gravitasi, pergeseran merah gravitasi, penundaan sinyal dalam medan gravitasi, dan sejauh ini hanya secara tidak langsung, radiasi gravitasi. Selain itu, banyak pengamatan ditafsirkan sebagai konfirmasi dari salah satu prediksi paling misterius dan eksotis dari teori relativitas umum - keberadaan lubang hitam.

Terlepas dari keberhasilan yang menakjubkan dari teori relativitas umum, ada ketidaknyamanan dalam komunitas ilmiah, terkait, pertama, dengan fakta bahwa itu tidak dapat dirumuskan kembali sebagai batas klasik teori kuantum, dan kedua, dengan fakta bahwa teori itu sendiri menunjukkan batas penerapannya, karena ia memprediksi munculnya divergensi fisik yang tidak dapat dipindahkan ketika mempertimbangkan lubang hitam dan singularitas ruang-waktu secara umum. Untuk mengatasi masalah ini, sejumlah teori alternatif telah diajukan, beberapa di antaranya juga merupakan teori kuantum. Bukti eksperimental saat ini, bagaimanapun, menunjukkan bahwa segala jenis penyimpangan dari relativitas umum harus sangat kecil, jika memang ada.

15 tiket PERLUASAN ALAM SEMESTA.HUKUM HUBUNGI

Ekspansi alam semesta- sebuah fenomena yang terdiri dari perluasan ruang angkasa yang hampir seragam dan isotropik pada skala seluruh Alam Semesta. Secara eksperimental, perluasan alam semesta diamati dalam bentuk penerapan hukum Hubble. Sains menganggap apa yang disebut Big Bang sebagai awal dari perluasan alam semesta. Secara teoritis, fenomena tersebut diprediksi dan dibuktikan oleh A. Friedman pada tahap awal pengembangan teori relativitas umum dari pertimbangan filosofis umum tentang homogenitas dan isotropi alam semesta.

hukum Hubble(hukum resesi umum galaksi) adalah hukum empiris yang menghubungkan pergeseran merah galaksi ke jaraknya secara linier:

Di mana z- pergeseran merah galaksi D- jarak ke sana H 0 adalah faktor proporsionalitas, yang disebut konstanta Hubble. Dengan nilai kecil z perkiraan persamaan berlaku cz=V R, Di mana V R adalah kecepatan galaksi sepanjang garis pandang pengamat, C- kecepatan cahaya. Dalam hal ini, hukum mengambil bentuk klasik:

Usia ini adalah waktu karakteristik perluasan Alam Semesta saat ini dan, hingga faktor 2, sesuai dengan usia Alam Semesta yang dihitung menggunakan model kosmologis standar Friedman.

16 tiket FRIEDMAN MODEL SINGULARITY

alam semesta Friedman(Metrik Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker) adalah salah satu model kosmologis yang memenuhi persamaan medan dari teori relativitas umum, yang pertama dari model alam semesta non-stasioner. Diterima oleh Alexander Fridman pada tahun 1922. Model Friedman menggambarkan isotropik homogen non-stasioner Alam semesta dengan materi yang memiliki kelengkungan konstan positif, nol, atau negatif. Karya ilmuwan ini menjadi perkembangan teoretis utama relativitas umum setelah karya Einstein pada 1915-1917.

singularitas gravitasi- wilayah ruang-waktu yang tidak memungkinkan untuk melanjutkan garis geodesi. Seringkali di dalamnya kelengkungan kontinum ruang-waktu berubah menjadi tak terhingga, atau metrik memiliki sifat patologis lain yang tidak memungkinkan interpretasi fisik (misalnya, singularitas kosmologis- keadaan Alam Semesta pada momen awal Big Bang, yang ditandai dengan kerapatan dan suhu materi yang tak terbatas);

17 tiket TEORI BIG BANG RADIASI RELICT

Radiasi peninggalan(atau radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik dari bahasa Inggris radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik) - radiasi elektromagnetik kosmik dengan tingkat isotropi yang tinggi dan dengan karakteristik spektrum benda yang benar-benar hitam dengan suhu 2,725 K.

Keberadaan CMB diprediksi secara teoritis dalam kerangka teori Big Bang. Meskipun banyak aspek dari teori Big Bang asli kini telah direvisi, dasar-dasar yang memungkinkan untuk memprediksi suhu CMB tidak berubah. Diyakini bahwa radiasi peninggalan telah diawetkan sejak tahap awal keberadaan alam semesta dan mengisinya secara merata. Keberadaannya dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1965. Seiring dengan pergeseran merah kosmologis, radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik dianggap sebagai salah satu konfirmasi utama teori Big Bang.

Dentuman Besar(Bahasa inggris) dentuman Besar) adalah model kosmologis yang menggambarkan perkembangan awal Alam Semesta, yaitu permulaan perluasan Alam Semesta, yang sebelumnya Alam Semesta berada dalam keadaan tunggal.

Biasanya sekarang secara otomatis menggabungkan teori Big Bang dan model Alam Semesta panas, tetapi konsep ini independen dan secara historis ada juga konsep Alam Semesta awal yang dingin di dekat Big Bang. Perpaduan antara teori Big Bang dengan teori alam semesta yang panas, yang didukung oleh adanya radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik, itulah yang dibahas lebih lanjut.

18 tiket SPACE VACUUM

Kekosongan(rel. kekosongan- kosong) - ruang bebas dari materi. Dalam teknik dan fisika terapan, vakum dipahami sebagai media yang mengandung gas pada tekanan jauh di bawah tekanan atmosfer. Vakum dicirikan oleh rasio antara jalur bebas rata-rata molekul gas λ dan ukuran karakteristik medium D. Di bawah D jarak antara dinding ruang vakum, diameter pipa vakum, dll dapat diambil, tergantung pada nilai rasio λ / D bedakan antara vakum rendah (), sedang () dan tinggi ().

Penting untuk membedakan antara konsep vakum fisik Dan vakum teknis.

19 tiket MEKANIKA KUANTUM

Mekanika kuantum- bagian dari fisika teoretis yang menggambarkan fenomena fisik di mana aksi sebanding besarnya dengan konstanta Planck. Prediksi mekanika kuantum dapat berbeda secara signifikan dari prediksi mekanika klasik. Karena konstanta Planck sangat kecil dibandingkan dengan aksi benda sehari-hari, efek kuantum sebagian besar hanya muncul pada skala mikroskopis. Jika aksi fisik sistem jauh lebih besar daripada konstanta Planck, mekanika kuantum secara organik beralih ke mekanika klasik. Pada gilirannya, mekanika kuantum adalah perkiraan non-relativistik (yaitu perkiraan energi kecil dibandingkan dengan energi sisa dari partikel masif sistem) dari teori medan kuantum.

Mekanika klasik, yang menggambarkan dengan baik sistem skala makroskopis, tidak mampu menjelaskan fenomena pada tingkat atom, molekul, elektron, dan foton. Mekanika kuantum cukup menjelaskan sifat dasar dan perilaku atom, ion, molekul, benda terkondensasi, dan sistem lain dengan struktur elektron-nuklir. Mekanika kuantum juga mampu menggambarkan perilaku elektron, foton, dan partikel elementer lainnya, tetapi deskripsi invarian relativistik yang lebih akurat dari transformasi partikel elementer dibangun dalam kerangka teori medan kuantum. Eksperimen mengkonfirmasi hasil yang diperoleh dengan bantuan mekanika kuantum.

Konsep dasar kinematika kuantum adalah konsep yang dapat diamati dan keadaan.

Persamaan dasar dinamika kuantum adalah persamaan Schrödinger, persamaan von Neumann, persamaan Lindblad, persamaan Heisenberg, dan persamaan Pauli.

Persamaan mekanika kuantum terkait erat dengan banyak cabang matematika, termasuk: teori operator, teori probabilitas, analisis fungsional, aljabar operator, teori grup.

Tubuh yang benar-benar hitam- idealisasi fisik yang digunakan dalam termodinamika, benda yang menyerap semua radiasi elektromagnetik yang terjadi padanya dalam semua rentang dan tidak memantulkan apa pun. Terlepas dari namanya, benda hitam itu sendiri dapat memancarkan radiasi elektromagnetik dengan frekuensi berapa pun dan secara visual memiliki warna Spektrum radiasi benda hitam hanya ditentukan oleh suhunya.

Pentingnya benda yang benar-benar hitam dalam pertanyaan tentang spektrum radiasi termal dari benda (abu-abu dan non-besi) pada umumnya, selain menjadi kasus non-sepele yang paling sederhana, juga terletak pada kenyataan bahwa pertanyaan tentang spektrum kesetimbangan radiasi termal benda dengan warna apa pun dan koefisien refleksi direduksi dengan metode termodinamika klasik menjadi pertanyaan tentang radiasi benda yang benar-benar hitam (dan secara historis ini sudah dilakukan pada akhir abad ke-19, ketika masalah radiasi benda yang benar-benar hitam mengemuka. ).

Zat nyata yang paling hitam, misalnya jelaga, menyerap hingga 99% radiasi yang datang (yaitu, memiliki albedo 0,01) dalam rentang panjang gelombang yang terlihat, tetapi menyerap radiasi infra merah jauh lebih buruk. Di antara benda-benda Tata Surya, Matahari paling banyak memiliki sifat benda yang benar-benar hitam.

Istilah ini diperkenalkan oleh Gustav Kirchhoff pada tahun 1862.

20 PRINSIP-PRINSIP MEKANIKA KUANTUM

Semua masalah fisika modern dapat dibagi menjadi dua kelompok: masalah fisika klasik dan masalah fisika kuantum Ketika mempelajari sifat-sifat benda makroskopis biasa, hampir tidak pernah menemui masalah kuantum, karena sifat kuantum menjadi nyata hanya dalam mikrokosmos. Oleh karena itu, fisika abad ke-19, yang hanya mempelajari benda makroskopis, sama sekali tidak mengetahui proses kuantum. Ini fisika klasik. Biasanya fisika klasik tidak memperhitungkan struktur atomistik materi. Namun, sekarang, perkembangan teknologi eksperimental telah mendorong batas pengenalan kita dengan alam begitu luas sehingga kita sekarang mengetahui, dan terlebih lagi, dengan sangat rinci, ketatnya atom dan molekul individu. Fisika modern mempelajari struktur atom materi dan, karenanya, prinsip-prinsip fisika klasik kuno abad ke-19. harus berubah sesuai dengan fakta baru, dan berubah secara radikal. Perubahan prinsip ini adalah transisi ke fisika kuantum.

21 tiket DUALISME CORPUSCULAR-WAVE

dualisme korpuskular-gelombang- prinsip bahwa benda apa pun dapat menunjukkan sifat gelombang dan partikel. Itu diperkenalkan selama pengembangan mekanika kuantum untuk menafsirkan fenomena yang diamati dalam mikrokosmos dari sudut pandang konsep klasik. Perkembangan lebih lanjut dari prinsip dualitas gelombang-partikel adalah konsep medan terkuantisasi dalam teori medan kuantum.

Sebagai contoh klasik, cahaya dapat diartikan sebagai aliran sel darah (foton), yang dalam banyak efek fisik menunjukkan sifat gelombang elektromagnetik. Cahaya menunjukkan sifat gelombang dalam fenomena difraksi dan interferensi pada skala yang sebanding dengan panjang gelombang cahaya. Misalnya, bahkan lajang foton yang melewati celah ganda menciptakan pola interferensi pada layar, ditentukan oleh persamaan Maxwell.

Namun demikian, percobaan menunjukkan bahwa foton bukanlah pulsa pendek radiasi elektromagnetik, misalnya, tidak dapat dibagi menjadi beberapa berkas oleh pembagi berkas optik, yang ditunjukkan dengan jelas oleh percobaan yang dilakukan oleh fisikawan Prancis Grangier, Roger dan Aspe pada tahun 1986. Sifat sel cahaya dimanifestasikan dalam efek fotolistrik dan efek Compton. Foton juga berperilaku seperti partikel yang dipancarkan atau diserap seluruhnya oleh objek yang dimensinya jauh lebih kecil dari panjang gelombangnya (misalnya inti atom), atau secara umum dapat dianggap seperti titik (misalnya elektron).

Saat ini, konsep dualitas gelombang-partikel hanya menjadi kepentingan sejarah, karena hanya berfungsi sebagai interpretasi, cara untuk mendeskripsikan perilaku objek kuantum, memilih analogi dari fisika klasik untuknya. Faktanya, objek kuantum bukanlah gelombang klasik atau partikel klasik, yang memperoleh sifat dari yang pertama atau yang terakhir hanya dalam beberapa perkiraan. Secara metodologis yang lebih tepat adalah perumusan teori kuantum dalam kerangka integral jalur (penyebar), bebas dari penggunaan konsep klasik.

22 tiket KONSEP STRUKTUR ATOM MODEL ATOM

model atom Thomson(model "Puding dengan kismis", Eng. model puding prem).J. J. Thomson mengusulkan untuk menganggap atom sebagai benda bermuatan positif dengan elektron yang tertutup di dalamnya. Itu akhirnya dibantah oleh Rutherford setelah percobaannya yang terkenal pada hamburan partikel alfa.

Model atom planet awal Nagaoka. Pada tahun 1904, fisikawan Jepang Hantaro Nagaoka mengusulkan model atom yang dibangun dengan analogi dengan planet Saturnus. Dalam model ini, elektron, bersatu dalam cincin, berputar mengelilingi inti positif kecil dalam orbit. Modelnya ternyata salah.

Model atom planet Bohr-Rutherford. Pada tahun 1911, Ernest Rutherford, setelah melakukan serangkaian percobaan, sampai pada kesimpulan bahwa atom adalah sejenis sistem planet di mana elektron bergerak dalam orbit di sekitar inti bermuatan positif berat yang terletak di pusat atom ("model atom Rutherford"). Namun, deskripsi atom seperti itu bertentangan dengan elektrodinamika klasik. Faktanya adalah, menurut elektrodinamika klasik, sebuah elektron, ketika bergerak dengan percepatan sentripetal, harus memancarkan gelombang elektromagnetik, dan akibatnya, kehilangan energi. Perhitungan menunjukkan bahwa waktu yang diperlukan elektron dalam atom seperti itu untuk jatuh ke inti benar-benar dapat diabaikan. Untuk menjelaskan stabilitas atom, Niels Bohr harus memperkenalkan postulat yang bermuara pada fakta bahwa sebuah elektron dalam atom, berada dalam beberapa keadaan energi khusus, tidak memancarkan energi ("model atom Bohr-Rutherford"). Postulat Bohr menunjukkan bahwa mekanika klasik tidak berlaku untuk menggambarkan atom. Studi lebih lanjut tentang radiasi atom mengarah pada penciptaan mekanika kuantum, yang memungkinkan untuk menjelaskan sebagian besar fakta yang diamati.

Atom(bahasa Yunani lainnya ἄτομος- tidak dapat dibagi) - bagian terkecil dari unsur kimia yang tidak dapat dipisahkan secara kimiawi, yang merupakan pembawa sifat-sifatnya. Sebuah atom terdiri dari inti atom dan elektron. Inti atom terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan. Jika jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron, maka atom secara keseluruhan bersifat netral. Jika tidak, ia memiliki muatan positif atau negatif dan disebut ion. Atom diklasifikasikan menurut jumlah proton dan neutron dalam nukleus: jumlah proton menentukan apakah suatu atom termasuk unsur kimia tertentu, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur ini.

Atom dari berbagai jenis dalam jumlah yang berbeda, dihubungkan oleh ikatan interatomik, membentuk molekul.

23 tiket INTERAKSI DASAR

Interaksi mendasar- jenis interaksi yang berbeda secara kualitatif dari partikel dasar tubuh yang tersusun darinya.

Saat ini, keberadaan empat interaksi mendasar diketahui secara andal:

gravitasi

elektromagnetik

kuat

lemah

Pada saat yang sama, interaksi elektromagnetik dan lemah adalah manifestasi dari satu interaksi elektrolemah.

Pencarian sedang dilakukan untuk jenis interaksi fundamental lainnya, baik dalam fenomena dunia mikro maupun dalam skala kosmik, tetapi sejauh ini belum ada jenis interaksi fundamental lain yang ditemukan.

Dalam fisika, energi mekanik dibagi menjadi dua jenis - energi potensial dan kinetik. Alasan perubahan pergerakan benda (perubahan energi kinetik) adalah gaya (energi potensial) (lihat hukum kedua Newton).Menjelajahi dunia di sekitar kita, kita dapat melihat berbagai macam gaya: gravitasi, tegangan benang, gaya tekan pegas, gaya tumbukan benda, gaya gesek, gaya hambatan udara, gaya ledakan, dll. Karena jenis utama interaksi interatomik adalah elektromagnetik, ternyata sebagian besar gaya ini hanyalah berbagai manifestasi interaksi elektromagnetik. Salah satu pengecualiannya adalah, misalnya, gaya gravitasi, yang disebabkan oleh interaksi gravitasi antara benda-benda yang memiliki massa.

24 tiket PARTIKEL DASAR DAN SIFATNYA

Partikel dasar- istilah kolektif yang mengacu pada objek mikro pada skala sub-nuklir yang tidak dapat dipecah menjadi bagian-bagian komponennya.

Harus diingat bahwa beberapa partikel elementer (elektron, foton, quark, dll.) Saat ini dianggap tidak berstruktur dan dianggap primer. partikel fundamental. Partikel dasar lainnya (disebut partikel penyusunnya-proton, neutron, dll.) memiliki struktur internal yang kompleks, tetapi, menurut konsep modern, tidak mungkin untuk memisahkannya menjadi beberapa bagian (lihat Pengurungan).

Struktur dan perilaku partikel elementer dipelajari oleh fisika partikel elementer.

Artikel utama:Quark

Quark dan antiquark tidak pernah ditemukan dalam keadaan bebas - ini dijelaskan oleh fenomena pengurungan. Berdasarkan simetri antara lepton dan quark, yang dimanifestasikan dalam interaksi elektromagnetik, diajukan hipotesis bahwa partikel-partikel ini terdiri dari partikel yang lebih mendasar - preon.

25 tiket KONSEP BIFURCATION.BIFURCATION POINT

Bifurkasi adalah perolehan kualitas baru dalam pergerakan sistem dinamis dengan sedikit perubahan pada parameternya.

Konsep sentral dari teori bifurkasi adalah konsep sistem (tidak) kasar (lihat di bawah). Setiap sistem dinamik diambil dan keluarga (multi)parametrik sistem dinamik seperti itu dianggap bahwa sistem asli diperoleh sebagai kasus khusus - untuk salah satu nilai parameter (parameter). Jika gambaran kualitatif dari partisi ruang fase menjadi lintasan dipertahankan untuk nilai parameter yang cukup dekat dengan yang diberikan, maka sistem seperti itu disebut kasar. Kalau tidak, jika lingkungan seperti itu tidak ada, maka sistem itu dipanggil kasar.

Dengan demikian, daerah sistem kasar muncul di ruang parameter, yang dipisahkan oleh permukaan yang terdiri dari sistem tidak kasar. Teori bifurkasi mempelajari ketergantungan gambaran kualitatif ketika parameter berubah terus menerus di sepanjang kurva tertentu. Skema dimana gambaran kualitatif berubah disebut diagram bifurkasi.

Metode utama teori bifurkasi adalah metode teori perturbasi. Secara khusus, itu berlaku metode parameter kecil(Pontryagin).

titik bifurkasi- perubahan mode operasi sistem yang sudah ada. Sebuah istilah dari termodinamika non-kesetimbangan dan sinergis.

titik bifurkasi- keadaan kritis sistem, di mana sistem menjadi tidak stabil relatif terhadap fluktuasi dan ketidakpastian muncul: akankah keadaan sistem menjadi kacau atau akankah ia pindah ke tingkat tatanan baru yang lebih terdiferensiasi dan tinggi. Sebuah istilah dari teori self-organisasi.

26 tiket SINERGETIKA - ILMU SISTEM PENGORGANISASIAN DIRI TERBUKA

Sinergis(Yunani lainnya συν-- awalan dengan arti kompatibilitas dan ἔργον- "aktivitas") - arah penelitian ilmiah interdisipliner, yang tugasnya adalah mempelajari fenomena dan proses alam berdasarkan prinsip-prinsip pengaturan diri sistem (terdiri dari subsistem). "... Ilmu yang mempelajari proses pengorganisasian diri dan kemunculan, pemeliharaan, stabilitas, dan pembusukan struktur yang sifatnya paling beragam ...".

Synergetics awalnya dinyatakan sebagai pendekatan interdisipliner, karena prinsip-prinsip yang mengatur proses self-organisasi tampaknya sama (terlepas dari sifat sistem), dan perangkat matematika umum harus cocok untuk deskripsi mereka.

Dari sudut pandang ideologis, sinergis terkadang diposisikan sebagai "evolusionisme global" atau "teori evolusi universal", yang memberikan dasar tunggal untuk mendeskripsikan mekanisme munculnya inovasi apa pun, seperti halnya sibernetika pernah didefinisikan sebagai "teori kontrol universal", yang sama-sama cocok untuk mendeskripsikan setiap regulasi dan operasi pengoptimalan: di alam, dalam teknologi, dalam masyarakat, dll. . Demikian pula, interpretasi luas penerapan metode sinergis juga dikritik.

Konsep dasar sinergis adalah definisi struktur sebagai negara bagian, yang timbul sebagai akibat dari perilaku multivarian dan ambigu dari struktur multi-elemen atau media multi-faktor yang tidak diturunkan ke standar rata-rata termodinamika untuk sistem tertutup, tetapi berkembang karena keterbukaan, aliran energi dari luar, nonlinier proses internal, munculnya rezim khusus dengan penajaman dan adanya lebih dari satu keadaan stabil. Dalam sistem yang ditunjukkan, baik hukum kedua termodinamika maupun teorema Prigogine tentang laju produksi entropi minimum tidak dapat diterapkan, yang dapat mengarah pada pembentukan struktur dan sistem baru, termasuk yang lebih kompleks daripada yang asli.

Fenomena ini ditafsirkan oleh sinergis sebagai mekanisme umum arah evolusi yang diamati di mana-mana di alam: dari dasar dan primitif hingga kompleks dan lebih sempurna.

Dalam beberapa kasus, pembentukan struktur baru memiliki karakter gelombang teratur, dan kemudian disebut proses gelombang otomatis (dengan analogi dengan osilasi sendiri).

27 tiket KONSEP HIDUP MASALAH ASAL ASAL KEHIDUPAN

Kehidupan- bentuk aktif dari keberadaan suatu zat, dalam arti tertentu, yang tertinggi dibandingkan dengan bentuk keberadaan fisik dan kimianya; satu set proses fisik dan kimia yang terjadi di dalam sel, memungkinkan pertukaran materi dan pembagiannya. Atribut utama materi hidup adalah informasi genetik yang digunakan untuk replikasi. Kurang lebih akurat mendefinisikan konsep "kehidupan" hanya dapat menyebutkan kualitas yang membedakannya dari non-kehidupan. Kehidupan tidak ada di luar sel, virus menunjukkan sifat-sifat materi hidup hanya setelah transfer materi genetik ke dalam sel [ sumber tidak ditentukan 268 hari] . Beradaptasi dengan lingkungan, sel hidup membentuk seluruh jenis organisme hidup.

Juga, kata "kehidupan" dipahami sebagai periode keberadaan suatu organisme tunggal dari saat kemunculan hingga kematiannya (ontogeni).

Pada tahun 1860, ahli kimia Prancis Louis Pasteur mengangkat masalah asal usul kehidupan. Melalui eksperimennya, ia membuktikan bahwa bakteri ada di mana-mana, dan benda mati dapat dengan mudah terkontaminasi oleh makhluk hidup jika tidak disterilkan dengan benar. Ilmuwan merebus berbagai media dalam air tempat mikroorganisme dapat terbentuk. Pendidihan tambahan membunuh mikroorganisme dan spora mereka. Pasteur menempelkan labu tertutup dengan ujung bebas ke tabung berbentuk S. Spora mikroorganisme menetap pada tabung melengkung dan tidak dapat menembus media nutrisi. Media nutrisi yang direbus dengan baik tetap steril, tidak ada kehidupan yang ditemukan di dalamnya, meskipun tersedia akses udara.

Sebagai hasil dari serangkaian percobaan, Pasteur membuktikan validitas teori biogenesis dan akhirnya membantah teori generasi spontan.

28 tiket KONSEP ASAL KEHIDUPAN OPARIN