1. definīcija
Klasiskā mehānika ir fizikas apakšnodaļa, kas pēta fizisko ķermeņu kustību, pamatojoties uz Ņūtona likumiem.
Klasiskās mehānikas pamatjēdzieni ir:
- masa - tiek definēts kā galvenais inerces mērs vai vielas spēja saglabāt miera stāvokli, ja uz to nav pakļauti ārējie faktori;
- spēks - iedarbojas uz ķermeni un maina tā kustības stāvokli, izraisot paātrinājumu;
- iekšējā enerģija - nosaka pētāmā elementa pašreizējo stāvokli.
Citi vienlīdz svarīgi šīs fizikas sadaļas jēdzieni ir: temperatūra, impulss, leņķiskais impulss un vielas tilpums. Mehāniskās sistēmas enerģija galvenokārt sastāv no tās kustības kinētiskās enerģijas un potenciālā spēka, kas ir atkarīgs no spēku stāvokļa, kas iedarbojas. noteikta sistēma elementi. Attiecībā uz šiem fiziskajiem lielumiem darbojas klasiskās mehānikas saglabāšanas pamatlikumi.
Klasiskās mehānikas pamatlicēji
1. piezīme
Klasiskās mehānikas pamatus veiksmīgi ielika domātājs Galilejs, kā arī Keplers un Koperniks, apsverot ātras kustības likumus. debess ķermeņi.
1. attēls. Klasiskās mehānikas principi. Autors24 - studentu darbu tiešsaistes apmaiņa
Interesanti, ka ilgu laiku fizika un mehānika tika pētīta astronomisko notikumu kontekstā. Savos zinātniskajos darbos Koperniks apgalvoja, ka pareizu debess ķermeņu mijiedarbības modeļu aprēķinu var vienkāršot, ja atkāpjamies no esošajiem principiem, kurus iepriekš noteica Aristotelis, un uzskatām to par sākumpunktu pārejai no ģeocentriskā uz heliocentriskā koncepcija.
Zinātnieka idejas tālāk formalizēja viņa kolēģis Keplers trīs materiālo ķermeņu kustības likumos. Jo īpaši otrais likums noteica, ka absolūti visas Saules sistēmas planētas veic vienmērīgu kustību eliptiskās orbītās, galveno uzmanību pievēršot Saulei.
Nākamo nozīmīgo ieguldījumu klasiskās mehānikas attīstībā sniedza izgudrotājs Galilejs, kurš, pētot debess ķermeņu mehāniskās kustības fundamentālos postulātus, jo īpaši gravitācijas spēku ietekmē, iepazīstināja sabiedrību ar pieciem universāliem likumiem. vielu fiziskā kustība uzreiz.
Tomēr laikabiedri klasiskās mehānikas galvenā pamatlicēja laurus piedēvē Īzakam Ņūtonam, kurš savā slavenajā zinātniskais darbs « matemātiskā izteiksme dabas filozofija" aprakstīja to kustības fizikas definīciju sintēzi, kuras iepriekš bija iesnieguši viņa priekšgājēji.
2. attēls. Klasiskās mehānikas variācijas principi. Autors24 - studentu darbu tiešsaistes apmaiņa
Ņūtons skaidri formulēja trīs kustības pamatlikumus, kas tika nosaukti viņa vārdā, kā arī universālās gravitācijas teoriju, kas novilka svītru Galileja pētījumiem un izskaidroja ķermeņu brīvās krišanas fenomenu. Tādējādi tika izveidots jauns, labāks pasaules attēls.
Klasiskās mehānikas pamatprincipi un variācijas principi
Klasiskā mehānika sniedz pētniekiem precīzus rezultātus sistēmām, kuras bieži sastopamas Ikdiena. Bet tie galu galā kļūst nepareizi citiem jēdzieniem, kuru ātrums ir gandrīz vienāds ar gaismas ātrumu. Tad eksperimentos ir nepieciešams izmantot relativistiskās un kvantu mehānika. Sistēmām, kas apvieno vairākas īpašības vienlaikus, klasiskās mehānikas vietā tiek izmantota kvantu lauka teorija. Koncepcijām ar daudzām sastāvdaļām jeb brīvības līmeņiem fizikas studiju virziens ir adekvāts arī, izmantojot statistiskās mehānikas metodes.
Mūsdienās izšķir šādus galvenos klasiskās mehānikas principus:
- Nemainības princips attiecībā uz telpiskām un laika nobīdēm (rotācijas, nobīdes, simetrijas): telpa vienmēr ir viendabīga, un jebkādu procesu norisi slēgtā sistēmā neietekmē tās sākotnējās atrašanās vietas un orientācija attiecībā pret materiālo atskaites ķermeni.
- Relativitātes princips: fizisko procesu plūsmu izolētā sistēmā neietekmē tās taisnvirziena kustība attiecībā pret pašu atskaites jēdzienu; likumi, kas apraksta šādas parādības, dažādās fizikas nozarēs ir vienādi; paši procesi būs vienādi, ja sākotnējie nosacījumi būtu identiski.
2. definīcija
Variācijas principi ir analītiskās mehānikas sākotnējie, pamatnoteikumi, kas matemātiski izteikti unikālu variāciju attiecību veidā, no kurām kā loģiskas sekas izriet diferenciālas kustības formulas, kā arī visa veida klasiskās mehānikas noteikumi un likumi.
Vairumā gadījumu galvenā pazīme, pēc kuras reālo kustību var atšķirt no aplūkotās kinemātisko kustību klases, ir stacionaritātes nosacījums, kas nodrošina turpmākā apraksta nemainīgumu.
4. attēls. Tāla darbības darbības princips. Autors24 - studentu darbu tiešsaistes apmaiņa
Pirmais no klasiskās mehānikas variācijas noteikumiem ir iespējamo jeb virtuālo pārvietojumu princips, kas ļauj atrast pareizās sistēmas līdzsvara pozīcijas materiālie punkti. Tāpēc šis modelis palīdz atrisināt izaicinošus uzdevumus statika.
Nākamo principu sauc par mazāko ierobežojumu. Šis postulāts paredz noteiktu materiālu punktu sistēmas kustību, kas ir tieši savstarpēji saistītas haotiskā veidā un pakļautas jebkādai vides ietekmei.
Vēl viens nozīmīgs variants klasiskajā mehānikā ir taisnākā ceļa princips, kur jebkura brīvā sistēma atrodas miera stāvoklī vai vienmērīgi kustas pa noteiktām līnijām salīdzinājumā ar citiem lokiem, ko pieļauj attiecības un kam ir kopīgs sākumpunkts un pieskares koncepcijā.
Darbības princips klasiskajā mehānikā
Ņūtona mehāniskās kustības vienādojumus var formulēt dažādos veidos. Viens ir caur Lagranža formālismu, ko sauc arī par Lagranža mehāniku. Lai gan šis princips ir diezgan līdzvērtīgs Ņūtona likumiem klasiskajā fizikā, tomēr darbības interpretācija ir labāk piemērota visu jēdzienu un lugu vispārinājumiem. svarīga loma V mūsdienu zinātne. Patiešām, šis princips ir sarežģīts vispārinājums fizikā.
Jo īpaši tas ir pilnībā saprotams kvantu mehānikas ietvaros. Ričarda Feinmena kvantu mehānikas interpretācija, izmantojot ceļa integrāļus, balstās uz pastāvīgas mijiedarbības principu.
Daudzas problēmas fizikā var atrisināt, pielietojot darbības principu, kas spēj atrast ātrāko un vienkāršāko problēmu risināšanas veidu.
Piemēram, gaisma var atrast ceļu cauri optiskā sistēma, un materiāla ķermeņa trajektoriju gravitācijas laukā var noteikt, izmantojot to pašu darbības principu.
Simetrijas jebkurā situācijā var labāk izprast, piemērojot šo jēdzienu kopā ar Eilera-Lagranža vienādojumiem. Klasiskajā mehānikā pareizā izvēle turpmāko darbību var eksperimentāli pierādīt no Ņūtona kustības likumiem. Un, gluži pretēji, no darbības principa Ņūtona vienādojumi tiek īstenoti praksē ar kompetentu darbības izvēli.
Tādējādi klasiskajā mehānikā darbības princips tiek uzskatīts par ideāli līdzvērtīgu Ņūtona kustības vienādojumiem. Šīs metodes pielietošana ievērojami vienkāršo vienādojumu atrisināšanu fizikā, jo tā ir skalāra teorija ar pielietojumiem un atvasinājumiem, kas izmanto elementārus aprēķinus.
Valsts universitāte Birojs
institūts tālmācības
Specialitāte - vadība
pēc disciplīnas: KSE
“Ņūtona mehānika ir klasiskā dabas apraksta pamatā. Mehānikas galvenais uzdevums un pielietojamības robežas.
Piepildīts
Skolēna apliecība Nr.1211
Grupa Nr.UP4-1-98/2
1. Ievads._______________________________________________________ 3
2. Ņūtona mehānika._____________________________________________________ 5
2.1. Ņūtona kustības likumi.___________________________________________________ 5
2.1.1. Pirmais Ņūtona likums.________________________________________________________ 6
2.1.2. Otrais Ņūtona likums.__________________________________________________________ 7
2.1.3. Ņūtona trešais likums.__________________________________________________________ 8
2.2. Universālās gravitācijas likums. _____________________________________________________ 11
2.3. Mehānikas galvenais uzdevums.__________________________________________________ 13
2.4. Piemērojamības robežas._________________________________________________________ 15
3. Secinājums._______________________________________________________ 18
4. Literatūras saraksts._______________________________________________ 20
Ņūtons (1643-1727)
Šī pasaule bija dziļā tumsā.
Lai top gaisma! Un šeit nāk Ņūtons.
1. Ievads.
Jēdziena "fizika" saknes meklējamas dziļā pagātnē, grieķu valodā tas nozīmē "daba". Šīs zinātnes galvenais uzdevums ir izveidot apkārtējās pasaules "likumus". Viens no galvenajiem Aristoteļa skolnieka Platona darbiem saucās "Fizika".
To gadu zinātnei bija dabasfilozofisks raksturs, t.i. izrietēja no tā, ka tieši novērotās debess ķermeņu kustības ir to faktiskās kustības. No tā tika izdarīts secinājums par Zemes centrālo stāvokli Visumā. Šī sistēma pareizi atspoguļoja dažas Zemes kā debess ķermeņa iezīmes: to, ka Zeme ir bumba, ka viss gravitējas uz savu centru. Tādējādi šī doktrīna patiesībā bija par Zemi. Sava laika līmenī tas atbilda zinātnisko zināšanu pamatprasībām. Pirmkārt, tas no vienota skatu punkta izskaidroja novērotās debess ķermeņu kustības un, otrkārt, ļāva aprēķināt to turpmākās pozīcijas. Tajā pašā laikā teorētiskās konstrukcijas senie grieķi bija tīri spekulatīvi - viņi bija pilnībā šķīrušies no eksperimenta.
Šāda sistēma pastāvēja līdz 16. gadsimtam, pirms Kopernika mācības parādīšanās, kas savu turpmāko pamatojumu guva Galileja eksperimentālajā fizikā, kulminējot ar Ņūtona mehānikas radīšanu, kas apvienoja debess ķermeņu un zemes objektu kustību ar vienotu. kustības likumi. Tā sanāca lielākā revolūcija dabaszinātnēs, kas iezīmēja zinātnes attīstības sākumu tās mūsdienu izpratnē.
Galileo Galilejs uzskatīja, ka pasaule ir bezgalīga un matērija ir mūžīga. Visos procesos nekas netiek iznīcināts vai ģenerēts – notiek tikai ķermeņu vai to daļu relatīvā stāvokļa maiņa. Matērija sastāv no absolūti nedalāmiem atomiem, tās kustība ir vienīgā universālā mehāniskā kustība. Debesu ķermeņi ir līdzīgi Zemei un pakļaujas tiem pašiem mehānikas likumiem.
Ņūtonam bija svarīgi ar eksperimentu un novērojumu palīdzību nepārprotami noskaidrot pētāmā objekta īpašības un izveidot uz indukciju balstītu teoriju, neizmantojot hipotēzes. Viņš balstījās uz faktu, ka fizikā kā eksperimentālā zinātnē nav vietas hipotēzēm. Atzīstot induktīvās metodes nepilnības, viņš to uzskatīja par vispiemērotāko citu starpā.
Gan senatnes laikmetā, gan 17. gadsimtā tika atzīta debesu ķermeņu kustības izpētes nozīme. Bet, ja senajiem grieķiem šai problēmai bija vairāk filozofiska nozīme, tad 17. gadsimtā dominēja praktiskais aspekts. Navigācijas attīstība radīja nepieciešamību izstrādāt precīzākas astronomiskās tabulas navigācijas vajadzībām nekā tās, kas nepieciešamas astroloģiskiem nolūkiem. Galvenais uzdevums bija noteikt astronomiem un navigatoriem tik nepieciešamo garumu. Lai atrisinātu šo svarīgo praktisko problēmu, tika izveidotas pirmās valsts observatorijas (1672. gadā Parīzē, 1675. gadā Griničā). Būtībā tas bija uzdevums noteikt absolūto laiku, kas, salīdzinot ar vietējo laiku, deva laika intervālu, ko varēja pārvērst garuma grādos. Šo laiku bija iespējams noteikt, novērojot Mēness kustības starp zvaigznēm, kā arī ar precīza pulksteņa palīdzību, kas iestatīts absolūtā laikā un kuru turēja novērotājs. Pirmajā gadījumā bija vajadzīgas ļoti precīzas tabulas, lai prognozētu debess ķermeņu stāvokli, bet otrajam - absolūti precīzi un uzticami pulksteņu mehānismi. Darbs šajos virzienos nebija veiksmīgs. Risinājumu izdevās rast tikai Ņūtonam, kurš, pateicoties universālās gravitācijas likuma un trīs mehānikas pamatlikumu, kā arī diferenciālrēķina un integrālskaitļa atklāšanai, piešķīra mehānikai integrālās zinātniskās teorijas raksturu.
2. Ņūtona mehānika.
I.Ņūtona zinātniskās darbības virsotne ir viņa nemirstīgais darbs "Dabas filozofijas matemātiskie principi", kas pirmo reizi publicēts 1687. gadā. Tajā viņš apkopoja savu priekšgājēju un paša pētījumu rezultātus un pirmo reizi izveidoja vienotu harmonisku zemes un debesu mehānikas sistēmu, kas veidoja visas klasiskās fizikas pamatu. Šeit Ņūtons sniedza sākotnējo jēdzienu definīcijas - vielas daudzums, ekvivalents masai, blīvums; kustības apjoms, kas līdzvērtīgs impulsam, un dažāda veida spēks. Formulējot matērijas kvantitātes jēdzienu, viņš balstījās uz domu, ka atomi sastāv no kādas atsevišķas primārās matērijas; Blīvums tika saprasts kā pakāpe, kādā ķermeņa tilpuma vienība ir piepildīta ar primāro vielu. Šajā darbā ir izklāstīta Ņūtona doktrīna par universālo gravitāciju, uz kuras pamata viņš izstrādāja Saules sistēmu veidojošo planētu, pavadoņu un komētu kustības teoriju. Pamatojoties uz šo likumu, viņš izskaidroja plūdmaiņu un Jupitera saspiešanas fenomenu.
Ņūtona koncepcija bija pamats daudziem tehniskajiem sasniegumiem ilgā laika periodā. Uz tās pamata tika izveidotas daudzas zinātniskās izpētes metodes. dažādas jomas dabas zinātnes.
2.1. Ņūtona kustības likumi.
Ja kinemātika pēta ģeometriskā ķermeņa kustību, kam nav nekādu materiāla ķermeņa īpašību, izņemot spēju ieņemt noteiktu vietu telpā un laika gaitā mainīt šo pozīciju, tad dinamika pēta reālu ķermeņu kustību darbības rezultātā. tiem pielietotajiem spēkiem. Trīs Ņūtona izveidotie mehānikas likumi ir dinamikas pamatā un veido klasiskās mehānikas galveno sadaļu.
Tos var tieši attiecināt uz vienkāršāko kustības gadījumu, kad kustīgais ķermenis tiek uzskatīts par materiālu punktu, t.i. kad netiek ņemts vērā ķermeņa izmērs un forma un kad ķermeņa kustība tiek uzskatīta par punkta kustību ar masu. Verdošā ūdenī, lai aprakstītu punkta kustību, var izvēlēties jebkuru koordinātu sistēmu, attiecībā pret kuru tiek noteikti šo kustību raksturojošie lielumi. Jebkuru ķermeni, kas pārvietojas attiecībā pret citiem ķermeņiem, var uzskatīt par atskaites ķermeni. Dinamikā tiek aplūkotas inerciālās koordinātu sistēmas, kuras raksturo fakts, ka attiecībā pret tām brīvs materiāla punkts pārvietojas ar nemainīgu ātrumu.
2.1.1. Ņūtona pirmais likums.
Inerces likumu vispirms noteica Galileo horizontālās kustības gadījumam: kad ķermenis pārvietojas pa horizontālu plakni, tā kustība ir vienmērīga un turpinātos nepārtraukti, ja plakne izplestos telpā bez gala. Ņūtons sniedza vispārīgāku inerces likuma formulējumu kā pirmo kustības likumu: katrs ķermenis atrodas miera stāvoklī vai vienmērīgā taisnvirziena kustībā, līdz spēki, kas uz to iedarbojas, šo stāvokli maina.
Dzīvē šis likums apraksta gadījumu, kad, pārtraucot kustīgu ķermeni vilkt vai stumt, tas apstājas, nevis neturpina kustēties nemainīgā ātrumā. Tātad automašīna ar izslēgtu dzinēju apstājas. Saskaņā ar Ņūtona likumu uz auto, kas ripo pēc inerces, jāiedarbojas bremzēšanas spēkam, kas praksē ir gaisa pretestība un auto riepu berze uz šosejas virsmas. Viņi saka automašīnai negatīvu paātrinājumu, līdz tā apstājas.
Šī likuma formulējuma trūkums ir tāds, ka tajā nebija norādes uz nepieciešamību kustību attiecināt uz inerciālu koordinātu sistēmu. Fakts ir tāds, ka Ņūtons neizmantoja inerciālās koordinātu sistēmas jēdzienu - tā vietā viņš ieviesa absolūtās telpas jēdzienu - viendabīgu un nekustīgu -, ar kuru viņš savienoja noteiktu absolūtu koordinātu sistēmu, attiecībā pret kuru tika noteikts ķermeņa ātrums. . Kad atklājās absolūtās telpas tukšums kā absolūta atskaites sistēma, inerces likumu sāka formulēt citādi: attiecībā pret inerciālo koordinātu sistēmu brīvs ķermenis uztur miera stāvokli vai vienmērīgu taisnvirziena kustību.
2.1.2. Ņūtona otrais likums.
Formulējot otro likumu, Ņūtons ieviesa jēdzienus:
Paātrinājums - vektora daudzums(Ņūtons to sauca par impulsu un ņēma vērā, formulējot ātrumu paralelograma likumu), kas nosaka ķermeņa ātruma izmaiņu ātrumu.
Spēks ir vektora lielums, ko saprot kā citu ķermeņu vai lauku mehāniskās iedarbības mēru, kā rezultātā ķermenis iegūst paātrinājumu vai maina savu formu un izmēru.
Ķermeņa masa ir fizikāls lielums, viena no matērijas galvenajām īpašībām, kas nosaka tās inerciālās un gravitācijas īpašības.
Otrais mehānikas likums saka: spēks, kas iedarbojas uz ķermeni, ir vienāds ar ķermeņa masas un šī spēka radītā paātrinājuma reizinājumu. Šis ir tā modernais formulējums. Ņūtons to formulēja citādi: impulsa izmaiņas ir proporcionālas pielietotajam darbības spēks un notiek taisnās līnijas virzienā, pa kuru darbojas šis spēks, un apgriezti proporcionāls ķermeņa masai vai matemātiski:
Šo likumu ir viegli apstiprināt pēc pieredzes, ja atsperes galā ir piestiprināti ratiņi un atspere tiek atbrīvota, tad ar laiku t rati pabrauks garām s 1(1. att.), pēc tam piestipriniet divus ratiņus pie vienas atsperes, t.i. dubultojiet ķermeņa svaru un atlaidiet atsperi, tad tajā pašā laikā t viņi ies ceļu s2, divas reizes mazāks nekā s 1 .
Arī šis likums ir spēkā tikai inerciālās atskaites sistēmās. No matemātiskā viedokļa pirmais likums ir otrā likuma īpašs gadījums, jo, ja rezultējošie spēki ir nulle, tad arī paātrinājums ir nulle. Tomēr Ņūtona pirmais likums tiek uzskatīts par neatkarīgu likumu, jo tas ir viņš, kurš apgalvo, ka pastāv inerciālās sistēmas.
2.1.3. Ņūtona trešais likums.
Trešais Ņūtona likums saka: uz darbību vienmēr ir vienāda un pretēja reakcija, pretējā gadījumā ķermeņi iedarbojas viens uz otru ar spēkiem, kas vērsti pa vienu taisni, vienāda lieluma un pretējā virzienā vai matemātiski:
Ņūtons paplašināja šī likuma darbību, iekļaujot ķermeņu sadursmes un to savstarpējās pievilkšanās gadījumus. Visvienkāršākā šī likuma demonstrācija ir ķermenis, kas atrodas horizontālā plaknē, uz kura iedarbojas gravitācijas spēks F t un atbalsta reakcijas spēkus F par, kas atrodas uz vienas taisnes, vienādas vērtības un pretēji vērstas, šo spēku vienlīdzība ļauj ķermenim atrasties miera stāvoklī (2. att.).
Sekas izriet no trim Ņūtona kustības pamatlikumiem, no kuriem viens ir impulsa pievienošana saskaņā ar paralelograma likumu. Ķermeņa paātrinājums ir atkarīgs no lielumiem, kas raksturo citu ķermeņu darbību uz doto ķermeni, kā arī no lielumiem, kas nosaka šī ķermeņa īpašības. Citu ķermeņu mehānisko iedarbību uz ķermeni, kas maina šī ķermeņa kustības ātrumu, sauc par spēku. Tam var būt atšķirīgs raksturs (gravitācija, elastība utt.). Ķermeņa ātruma izmaiņas nav atkarīgas no spēku rakstura, bet gan no to lieluma. Tā kā ātrums un spēks ir vektori, vairāku spēku darbība tiek pievienota saskaņā ar paralelograma likumu. Ķermeņa īpašība, no kuras atkarīgs tā iegūtais paātrinājums, ir inerce, ko mēra pēc masas. Klasiskajā mehānikā, kas tiek galā ar ātrumu, kas ir daudz mazāks par gaismas ātrumu, masa ir paša ķermeņa īpašība neatkarīgi no tā, vai tas kustas vai ne. Arī ķermeņa masa klasiskajā mehānikā nav atkarīga no ķermeņa mijiedarbības ar citiem ķermeņiem. Šī masas īpašība pamudināja Ņūtonu pieņemt masu kā matērijas mērauklu un uzskatīt, ka tās lielums nosaka vielas daudzumu organismā. Tādējādi masu sāka saprast kā vielas daudzumu.
Vielas daudzums ir izmērāms, proporcionāls ķermeņa svaram. Svars ir spēks, ar kādu ķermenis iedarbojas uz balstu, kas neļauj tam brīvi krist. Skaitliski svars ir vienāds ar ķermeņa masas un gravitācijas paātrinājuma reizinājumu. Zemes saspiešanas un tās ikdienas rotācijas dēļ ķermeņa svars mainās līdz ar platuma grādiem un ir par 0,5% mazāks pie ekvatora nekā pie poliem. Tā kā masa un svars ir stingri proporcionāli, izrādījās, ka ir iespējams praktiski izmērīt vielas masu vai daudzumu. Izpratne, ka svars ir mainīga ietekme uz ķermeni, pamudināja Ņūtonu noteikt ķermeņa iekšējo īpašību - inerci, ko viņš uzskatīja par ķermeņa spēju uzturēt vienmērīgu taisnvirziena kustību, kas ir proporcionāla masai. Masu kā inerces mēru var izmērīt ar līdzsvaru, tāpat kā Ņūtonu.
Bezsvara stāvoklī masu var izmērīt pēc inerces. Inerces mērīšana ir vispārīgā veidā masas mērījumi. Bet inerce un svars ir dažādi fiziski jēdzieni. To proporcionalitāte viena otrai ir ļoti ērta praktiski - masas mērīšanai ar svaru palīdzību. Tādējādi spēka un masas jēdzienu izveidošana, kā arī to mērīšanas metode ļāva Ņūtonam formulēt otro mehānikas likumu.
Pirmais un otrais mehānikas likums attiecas attiecīgi uz materiāla punkta vai viena ķermeņa kustību. Šajā gadījumā tiek ņemta vērā tikai citu struktūru darbība uz šo ķermeni. Tomēr katra darbība ir mijiedarbība. Tā kā mehānikā darbību raksturo spēks, ja viens ķermenis iedarbojas uz otru ar noteiktu spēku, tad otrs iedarbojas uz pirmo ar tādu pašu spēku, kas fiksē trešo mehānikas likumu. Ņūtona formulējumā trešais mehānikas likums ir spēkā tikai spēku tiešas mijiedarbības gadījumā vai momentānai viena ķermeņa darbības pārnešanai uz citu. Prasības nodošanas gadījumā uz noteiktu laiku šis likums ir piemērojams, ja var neievērot prasības nodošanas laiku.
2.2. Universālās gravitācijas likums.
Tiek uzskatīts, ka Ņūtona dinamikas kodols ir spēka jēdziens, un dinamikas galvenais uzdevums ir no noteiktas kustības noteikt likumu un, gluži pretēji, noteikt ķermeņu kustības likumu atbilstoši noteiktam spēkam. No Keplera likumiem Ņūtons secināja, ka pastāv pret Sauli vērsts spēks, kas bija apgriezti proporcionāls planētu attāluma no Saules kvadrātam. Vispārinot Keplera, Huigensa, Dekarta, Borelli, Huka, Ņūtona idejas, tika iegūta precīza matemātiskā likuma forma, saskaņā ar kuru tika apstiprināta universālā gravitācijas spēka esamība dabā, kas nosaka ķermeņu pievilcību. Smaguma spēks ir tieši proporcionāls gravitācijas ķermeņu masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem vai matemātiski:
Kur G ir gravitācijas konstante.
Šis likums apraksta jebkuru ķermeņu mijiedarbību – ir svarīgi tikai, lai attālums starp ķermeņiem būtu pietiekami liels, salīdzinot ar to izmēriem, tas ļauj ņemt ķermeņus materiālajiem punktiem. Ņūtona gravitācijas teorijā tiek pieņemts, ka gravitācijas spēks tiek pārnests no viena gravitācijas ķermeņa uz otru acumirklī un bez jebkādas vides starpniecības. Universālās gravitācijas likums ir izraisījis ilgas un niknas diskusijas. Tas nebija nejauši, jo šim likumam bija svarīga filozofiska nozīme. Apakšējā līnija bija tāda, ka pirms Ņūtona mērķis bija izveidot fizikālās teorijas bija fizisko parādību mehānisma identificēšana un prezentācija visās tā detaļās. Gadījumos, kad to nevarēja izdarīt, tika izvirzīts arguments par tā sauktajām "slēptajām īpašībām", kuras nav pakļautas detalizētai interpretācijai. Bekons un Dekarts pasludināja atsauces uz "slēptajām īpašībām" par nezinātniskām. Dekarts uzskatīja, ka dabas parādības būtību iespējams izprast tikai tad, ja to vizuāli iztēlojas. Tādējādi viņš ar ēterisko virpuļu palīdzību attēloja gravitācijas parādības. Šādu ideju plašās izmantošanas kontekstā Ņūtona universālās gravitācijas likums, neskatoties uz to, ka tas ar nepieredzētu precizitāti demonstrēja uz tā pamata veikto astronomisko novērojumu atbilstību, tika apšaubīts, pamatojoties uz to, ka ķermeņu savstarpējā pievilcība ļoti atgādināja. peripatētiskā doktrīna par "slēptajām īpašībām". Un, lai gan Ņūtons konstatēja tās pastāvēšanas faktu, pamatojoties uz matemātisko analīzi un eksperimentāliem datiem, matemātiskā analīze vēl nav stingri nostiprinājusies pētnieku prātos kā pietiekami uzticama metode. Bet vēlme ierobežot fiziskos pētījumus ar faktiem, kas nepretendē uz absolūtu patiesību, ļāva Ņūtonam pabeigt fizikas kā neatkarīgas zinātnes veidošanos un nošķirt to no dabas filozofijas ar tās pretenzijām uz absolūtām zināšanām.
Universālās gravitācijas likumā zinātne saņēma dabas likuma piemēru kā absolūti precīzu likumu, kas piemērojams visur bez izņēmuma ar precīzi noteiktām sekām. Šo likumu Kants iekļāva savā filozofijā, kur daba tika attēlota kā nepieciešamības valstība pretstatā morālei – brīvības valstība.
Ņūtona fiziskā koncepcija bija sava veida 17. gadsimta fizikas sasniegums. Statiskā pieeja Visumam ir aizstāta ar dinamisku. Eksperimentāli matemātiskā pētījuma metode, kas ļāva atrisināt daudzas 17. gadsimta fizikas problēmas, izrādījās piemērota risināšanai. fiziskas problēmas vēl divus gadsimtus.
2.3. Mehānikas galvenais uzdevums.
Klasiskās mehānikas attīstības rezultāts bija vienota pasaules mehāniskā attēla radīšana, kurā visa pasaules kvalitatīvā daudzveidība tika izskaidrota ar atšķirībām ķermeņu kustībā, ievērojot Ņūtona mehānikas likumus. Saskaņā ar pasaules mehānisko ainu, ja pasaules fizikālo parādību varēja izskaidrot, pamatojoties uz mehānikas likumiem, tad šāds skaidrojums tika atzīts par zinātnisku. Tādējādi Ņūtona mehānika kļuva par pasaules mehāniskā attēla pamatu, kas dominēja līdz zinātniskajai revolūcijai 19. un 20. gadsimta mijā.
Ņūtona mehānika, atšķirībā no iepriekšējām mehāniskajām koncepcijām, ļāva atrisināt jebkuras kustības stadijas problēmu gan pirms, gan pēc tam, un jebkurā telpas punktā, kad zināmi fakti, izraisot šo kustību, kā arī apgriezto problēmu noteikt šo faktoru lielumu un virzienu jebkurā punktā ar zināmiem kustības pamatelementiem. Šī iemesla dēļ Ņūtona mehāniku varētu izmantot kā mehāniskās kustības kvantitatīvās analīzes metodi. Jebkuras fiziskas parādības var tikt pētītas kā, neatkarīgi no faktoriem, kas tās izraisa. Piemēram, varat aprēķināt Zemes pavadoņa ātrumu: Vienkāršības labad atradīsim satelīta ātrumu, kura orbīta ir vienāda ar Zemes rādiusu (3. att.). Ar pietiekamu precizitāti mēs varam pielīdzināt satelīta paātrinājumu brīvā kritiena paātrinājumam uz Zemes virsmas:
No otras puses, satelīta centripetālais paātrinājums.
kur 
. Šo ātrumu sauc par pirmo kosmisko ātrumu. Jebkuras masas ķermenis, kuram tiks nodots šāds ātrums, kļūs par Zemes pavadoni.
Ņūtona mehānikas likumi spēku saistīja nevis ar kustību, bet gan ar kustības izmaiņām. Tas ļāva atteikties no tradicionālā priekšstata, ka kustības uzturēšanai ir nepieciešams spēks, un novirzīt berzi, kas radīja spēku darbības mehānismos, lai saglabātu kustību, uz sekundāru lomu. Tradicionālā statiskā vietā izveidojis dinamisku pasaules skatījumu, Ņūtons savu dinamiku padarīja par teorētiskās fizikas pamatu. Lai gan Ņūtons bija piesardzīgs savās mehāniskajās interpretācijās dabas parādības, joprojām uzskatīja par vēlamu no mehānikas principiem izsecināt citas dabas parādības. Tālāka attīstība fiziku sāka īstenot mehānikas aparāta tālākas attīstības virzienā saistībā ar konkrētu uzdevumu risināšanu, jo tās risinot, nostiprinājās pasaules mehāniskā aina.
2.4. Piemērojamības robežas.
20. gadsimta sākuma fizikas attīstības rezultātā tika noteikts klasiskās mehānikas tvērums: tās likumi ir spēkā kustībām, kuru ātrums ir daudz mazāks par gaismas ātrumu. Tika konstatēts, ka, palielinoties ātrumam, ķermeņa svars palielinās. Kopumā Ņūtona klasiskās mehānikas likumi ir spēkā inerciālo atskaites sistēmu gadījumā. Neinerciālu atskaites sistēmu gadījumā situācija ir atšķirīga. Paātrinot neinerciālas koordinātu sistēmas kustību attiecībā pret inerciālo sistēmu, Ņūtona pirmais likums (inerces likums) šajā sistēmā nenotiek – tajā esošie brīvie ķermeņi laika gaitā mainīs savu kustības ātrumu.
Pirmā klasiskās mehānikas nekonsekvence tika atklāta, kad tika atklāta mikropasaule. Klasiskajā mehānikā nobīdes telpā un ātruma noteikšana tika pētītas neatkarīgi no tā, kā šie pārvietojumi tika realizēti. Attiecībā uz mikropasaules parādībām šāda situācija, kā izrādījās, principā nav iespējama. Šeit kinemātikas pamatā esošā telpiskā un laika lokalizācija ir iespējama tikai atsevišķos gadījumos, kas ir atkarīgi no konkrētajiem kustības dinamiskajiem apstākļiem. Makro mērogā kinemātikas izmantošana ir diezgan pieņemama. Mikrosvariem, kur galvenā loma ir kvantiem, savu nozīmi zaudē kinemātika, kas pēta kustību neatkarīgi no dinamiskiem apstākļiem.
Mikropasaules mērogiem Ņūtona otrais likums izrādījās neizturams – tas ir spēkā tikai liela mēroga parādībām. Izrādījās, ka mēģinājumi izmērīt jebkuru lielumu, kas raksturo pētāmo sistēmu, rada nekontrolētas izmaiņas citos lielumos, kas raksturo šo sistēmu: ja tiek mēģināts noteikt pozīciju telpā un laikā, tas noved pie nekontrolētas atbilstošā konjugāta daudzuma izmaiņām. , kas nosaka dinamiskās stāvokļa sistēmas. Tādējādi nav iespējams precīzi izmērīt divus savstarpēji konjugētus daudzumus vienlaikus. Jo precīzāk tiek noteikta viena sistēmu raksturojoša lieluma vērtība, jo nenoteiktāka ir tā konjugētā daudzuma vērtība. Šis apstāklis izraisīja būtiskas izmaiņas uzskatos par lietu būtības izpratni.
Neatbilstība klasiskajā mehānikā radās tāpēc, ka nākotne noteiktā nozīmē ir pilnībā ietverta tagadnē - tas nosaka iespēju precīzi paredzēt sistēmas uzvedību jebkurā nākotnes laika brīdī. Šī iespēja piedāvā vienlaicīgu savstarpēji konjugētu daudzumu noteikšanu. Mikrokosmosa jomā tas izrādījās neiespējami, kas ievieš būtiskas izmaiņas izpratnē par prognozēšanas iespējām un dabas parādību saistību: tā kā sistēmas stāvokli raksturojošo lielumu vērtība noteiktā punktā laiku var noteikt tikai ar zināmu nenoteiktības pakāpi, tad ir izslēgta iespēja precīzi paredzēt šo daudzumu vērtības nākamajos periodos.laika punkti, t.i. var tikai paredzēt noteiktu vērtību iegūšanas varbūtību.
Vēl viens atklājums, kas satricināja klasiskās mehānikas pamatus, bija lauka teorijas radīšana. Klasiskā mehānika visas dabas parādības mēģināja reducēt uz spēkiem, kas darbojas starp matērijas daļiņām - tas bija koncepcijas pamatā elektriskie šķidrumi. Šīs koncepcijas ietvaros bija īstas tikai viela un tās izmaiņas - šeit par svarīgāko tika atzīts divu elektrisko lādiņu darbības apraksts ar tiem saistītu jēdzienu palīdzību. Lauka apraksts starp šiem lādiņiem, nevis pašu lādiņu apraksts, bija ļoti būtisks, lai izprastu lādiņu darbību. Šeit ir vienkāršs Ņūtona trešā likuma pārkāpuma piemērs šādos apstākļos: ja uzlādēta daļiņa attālinās no vadītāja, caur kuru plūst strāva, un attiecīgi ap to tiek izveidots magnētiskais lauks, tad spēks, kas iedarbojas no lādētās daļiņas uz vadītājs ar strāvu ir tieši nulle.
Radītajai jaunajai realitātei nebija vietas mehāniskajā pasaules attēlā. Rezultātā fizika sāka nodarboties ar divām realitātēm – matēriju un lauku. Ja klasiskās fizikas pamatā bija matērijas jēdziens, tad līdz ar jaunas realitātes atklāsmi nācās pārskatīt pasaules fizisko ainu. Mēģinājumi izskaidrot elektromagnētiskās parādības ar ētera palīdzību izrādījās neizturami. Ēteris eksperimentāli nav atrasts. Tas noveda pie relativitātes teorijas radīšanas, kas lika mums pārskatīt klasiskajai fizikā raksturīgās idejas par telpu un laiku. Tādējādi divi jēdzieni - kvantu teorija un relativitātes teorija - kļuva par pamatu jauniem fizikāliem jēdzieniem.
3. Secinājums.
Ņūtona ieguldījums dabaszinātņu attīstībā bija tas, ka viņš sniedza matemātisko metodi fizisko likumu pārvēršanai kvantitatīvi izmērāmos rezultātos, kurus varēja apstiprināt ar novērojumiem, un, gluži pretēji, secināt fiziskie likumi pamatojoties uz šādiem novērojumiem. Kā viņš pats rakstīja "Principu" priekšvārdā, "... mēs piedāvājam šo darbu kā fizikas matemātiskos pamatus. Visa fizikas grūtība ... slēpjas dabas spēku atpazīšanā pēc kustības parādībām, un tad izmantojot šos spēkus, lai izskaidrotu pārējās parādības... Būtu vēlams no mehānikas principiem atvasināt pārējās dabas parādības, argumentējot līdzīgi, jo daudzas lietas man liek domāt, ka visas šīs parādības ir ko nosaka noteikti spēki, ar kuriem ķermeņu daļiņas vēl nezināmu iemeslu dēļ tiecas viena pie otras un saplīst regulārās figūrās, vai savstarpēji atgrūž un attālinās viena no otras.Tā kā šie spēki nav zināmi, līdz šim filozofu mēģinājumi dabas parādību skaidrošana ir palikusi neauglīga. Es tomēr ceru, ka vai nu šis spriešanas veids, vai cits, pareizāks, šeit izklāstītais pamatojums sniegs kādu apgaismojumu."
Ņūtona metode ir kļuvusi par galveno dabas izpratnes instrumentu. Klasiskās mehānikas likumi un matemātiskās analīzes metodes parādīja savu efektivitāti. fiziskais eksperiments, paļaujoties uz mērīšanas tehnoloģiju, nodrošināja vēl nebijušu precizitāti. Fiziskās zināšanas arvien vairāk kļuva par rūpniecisko tehnoloģiju un tehnoloģiju pamatu, stimulēja citu dabaszinātņu attīstību. Fizikā iepriekš izolētā gaisma, elektrība, magnētisms un siltums tika apvienoti elektromagnētiskajā teorijā. Un, lai gan gravitācijas raksturs palika neizskaidrojams, tā ietekmi varēja aprēķināt. Tika izveidota Laplasa mehāniskā determinisma koncepcija, kuras pamatā ir iespēja unikāli noteikt sistēmas uzvedību jebkurā laikā, ņemot vērā zināmos sākotnējos nosacījumus. Mehānikas kā zinātnes struktūra šķita stabila, uzticama un gandrīz pilnībā pabeigta – t.i. parādības, kas neiekļāvās esošajos klasiskajos kanonos, ar kurām bija jācīnās, nākotnē šķita diezgan izskaidrojamas izsmalcinātākiem prātiem no klasiskās mehānikas viedokļa. Radās iespaids, ka fizikas zināšanas ir tuvu pilnībai – tik spēcīgu spēku demonstrēja klasiskās fizikas pamati.
4. Literatūras saraksts.
1. Karpenkovs S.Kh. Dabaszinātņu pamatjēdzieni. M.: UNITI, 1998. gads.
2. Ņūtons un XX gadsimta fizikas filozofiskās problēmas. Autoru komanda, red. M.D. Akhundova, S.V. Illarionovs. M.: Nauka, 1991. gads.
3. Gursky I.P. Elementāra fizika. Maskava: Nauka, 1984.
4. Lielā padomju enciklopēdija 30 sējumos. Ed. Prokhorova A.M., 3. izdevums, M., Padomju enciklopēdija, 1970.
5. Dorfman Ya.G. Pasaules vēsture fizika ar XIX sākums līdz 20. gadsimta vidum. M., 1979. gads.
S. Maršaks, op. 4 sējumos, Maskava, Goslitizdat, 1959, 3. v., lpp. 601
Cit. Citēts no: Bernal J. Zinātne sabiedrības vēsturē. M., 1956.S.265
klasiskā mehānika- mehānikas veids (fizikas nozare, kas pēta ķermeņu pozīciju izmaiņu likumus telpā laika gaitā un to izraisošos cēloņus), balstoties uz Ņūtona likumiem un Galileja relativitātes principu. Tāpēc to bieži sauc Ņūtona mehānika».
Klasiskā mehānika ir sadalīta:
- statika (kas ņem vērā ķermeņu līdzsvaru)
- kinemātika (kas pēta kustības ģeometriskās īpašības, neņemot vērā tās cēloņus)
- dinamika (kas ņem vērā ķermeņu kustību).
Ir vairāki līdzvērtīgi veidi, kā formāli matemātiski aprakstīt klasisko mehāniku:
- Lagranža formālisms
- Hamiltona formālisms
Klasiskā mehānika dod ļoti precīzus rezultātus, ja tās pielietojums ir ierobežots ar ķermeņiem, kuru ātrums ir daudz mazāks par gaismas ātrumu un kuru izmēri ir daudz lielāki par atomu un molekulu izmēriem. Klasiskās mehānikas vispārinājums ķermeņiem, kas pārvietojas ar patvaļīgu ātrumu, ir relativistiskā mehānika, bet ķermeņiem, kuru izmēri ir salīdzināmi ar atomu izmēriem, - kvantu mehānika. Kvantu lauka teorija ņem vērā kvantu relatīvistiskos efektus.
Tomēr klasiskā mehānika saglabā savu vērtību, jo:
- to ir daudz vieglāk saprast un izmantot nekā citas teorijas
- plašā diapazonā tas diezgan labi raksturo realitāti.
Klasisko mehāniku var izmantot, lai aprakstītu tādu objektu kustību kā virsotnes un beisbola bumbas, daudzu astronomisku objektu (piemēram, planētu un galaktiku) un dažreiz pat daudzu mikroskopisku objektu, piemēram, molekulu, kustību.
Klasiskā mehānika ir paškonsekventa teorija, tas ir, tās ietvaros nav apgalvojumu, kas būtu pretrunā viens otram. Tomēr tā saistība ar citiem klasiskās teorijas Piemēram, klasiskā elektrodinamika un termodinamika noved pie nešķīstošu pretrunu parādīšanās. Jo īpaši klasiskā elektrodinamika paredz, ka gaismas ātrums ir nemainīgs visiem novērotājiem, kas ir pretrunā ar klasisko mehāniku. 20. gadsimta sākumā tas radīja nepieciešamību izveidot īpašu relativitātes teoriju. Aplūkojot kopā ar termodinamiku, klasiskā mehānika noved pie Gibsa paradoksa, kurā nav iespējams precīzi noteikt entropijas apjomu, un pie ultravioletās katastrofas, kurā melnajam ķermenim ir jāizstaro bezgalīgs enerģijas daudzums. Mēģinājumi atrisināt šīs problēmas noveda pie kvantu mehānikas rašanās un attīstības.
Pamatjēdzieni
Klasiskā mehānika darbojas ar vairākiem pamatjēdzieniem un modeļiem. Starp tiem ir jāizceļ:
Pamatlikumi
Galileja relativitātes princips
Pamatprincips, uz kura balstās klasiskā mehānika, ir relativitātes princips, kas formulēts, pamatojoties uz G. Galileo empīriskiem novērojumiem. Saskaņā ar šo principu ir bezgalīgi daudz atskaites sistēmu, kurās brīvs ķermenis atrodas miera stāvoklī vai pārvietojas ar nemainīgu ātrumu absolūtā vērtībā un virzienā. Šīs atskaites sistēmas sauc par inerciālām un pārvietojas viena pret otru vienmērīgi un taisni. Visos inerciālās atskaites sistēmās telpas un laika īpašības ir vienādas, un visi procesi mehāniskajās sistēmās pakļaujas tiem pašiem likumiem. Šo principu var formulēt arī kā absolūtu atskaites sistēmu neesamību, tas ir, atskaites sistēmu, kas kaut kā atšķiras no citām.
Ņūtona likumi
Trīs Ņūtona likumi ir klasiskās mehānikas pamatā.
Ar otro Ņūtona likumu nepietiek, lai aprakstītu daļiņas kustību. Turklāt ir nepieciešams spēka apraksts, kas iegūts, ņemot vērā fiziskās mijiedarbības, kurā ķermenis piedalās, būtību.
Enerģijas nezūdamības likums
Enerģijas nezūdamības likums ir Ņūtona likumu sekas slēgtām konservatīvajām sistēmām, tas ir, sistēmām, kurās darbojas tikai konservatīvie spēki. No fundamentālāka viedokļa pastāv saikne starp enerģijas nezūdamības likumu un laika viendabīgumu, ko izsaka Notera teorēma.
Ārpus Ņūtona likumu piemērojamības
Klasiskā mehānika ietver arī aprakstus sarežģītas kustības paplašināti nepunktveida objekti. Eilera likumi nodrošina Ņūtona likumu paplašinājumu šajā jomā. Leņķiskā impulsa jēdziens ir balstīts uz to pašu matemātiskās metodes izmanto, lai aprakstītu viendimensijas kustību.
Raķešu kustības vienādojumi paplašina ātruma jēdzienu, kad objekta impulss laika gaitā mainās, lai ņemtu vērā tādas sekas kā masas zudums. Ir divi svarīgi klasiskās mehānikas alternatīvie formulējumi: Lagranža mehānika un Hamiltona mehānika. Šie un citi mūsdienu formulējumi mēdz apiet "spēka" jēdzienu un uzsvērt citus fiziskos lielumus, piemēram, enerģiju vai darbību, lai aprakstītu mehāniskās sistēmas.
Iepriekš minētās impulsa un kinētiskās enerģijas izteiksmes ir spēkā tikai tad, ja nav būtiska elektromagnētiskā ieguldījuma. Elektromagnētismā tiek pārkāpts Ņūtona otrais likums par vadu, kas nes strāvu, ja tas neietver elektromagnētiskā lauka ieguldījumu sistēmas impulsā, kas izteikts kā Pointinga vektors, dalīts ar c 2, kur c ir gaismas ātrums brīvā telpā.
Stāsts
seno laiku
Klasiskā mehānika radās senatnē galvenokārt saistībā ar problēmām, kas radās būvniecības laikā. Pirmā no izstrādājamajām mehānikas sadaļām bija statika, kuras pamati tika likti Arhimēda darbos 3. gadsimtā pirms mūsu ēras. e. Viņš formulēja sviras likumu, teorēmu par paralēlo spēku pievienošanu, ieviesa smaguma centra jēdzienu, ielika hidrostatikas (Arhimēda spēka) pamatus.
Viduslaiki
jauns laiks
17. gadsimts
18. gadsimts
19. gadsimts
19. gadsimtā analītiskās mehānikas attīstība norisinās Ostrogradska, Hamiltona, Jakobi, Herca uc darbos.Vibrāciju teorijā Routs, Žukovskis un Ļapunovs izstrādāja mehānisko sistēmu stabilitātes teoriju. Koriolis izstrādāja relatīvās kustības teoriju, pierādot paātrinājuma teorēmu. 19. gadsimta otrajā pusē kinemātika tika nodalīta atsevišķā mehānikas sadaļā.
Īpaši nozīmīgi 19. gadsimtā bija kontinuuma mehānikas sasniegumi. Navjē un Košī formulēja elastības teorijas vienādojumus vispārīgā formā. Navjē un Stoksa darbos hidrodinamikas diferenciālvienādojumi tika iegūti, ņemot vērā šķidruma viskozitāti. Līdz ar to notiek zināšanu padziļināšana ideāla šķidruma hidrodinamikas jomā: parādās Helmholca darbi par virpuļiem, Kirhhofa, Žukovska un Reinoldsa darbi par turbulenci un Prandtls par robežefektiem. Saint-Venant izstrādāja matemātisko modeli, kas apraksta metālu plastiskās īpašības.
Jaunākais laiks
20. gadsimtā pētnieku interese pārgāja uz nelineāriem efektiem klasiskās mehānikas jomā. Ļapunovs un Anrī Puankarē lika pamatus nelineāro svārstību teorijai. Meščerskis un Ciolkovskis analizēja mainīgas masas ķermeņu dinamiku. Aerodinamika izceļas no kontinuuma mehānikas, kuras pamatus izstrādāja Žukovskis. 20. gadsimta vidū aktīvi attīstās jauns virziens klasiskajā mehānikā - haosa teorija. Sarežģītu dinamisko sistēmu stabilitātes jautājumi arī joprojām ir svarīgi.
Klasiskās mehānikas ierobežojumi
Klasiskā mehānika sniedz precīzus rezultātus sistēmām, ar kurām sastopamies ikdienā. Bet viņas prognozes kļūst nepareizas sistēmām, kas tuvojas gaismas ātrumam, kur to aizstāj ar relatīvistisko mehāniku, vai ļoti mazām sistēmām, kurās ir spēkā kvantu mehānikas likumi. Sistēmām, kas apvieno abas šīs īpašības, klasiskās mehānikas vietā tiek izmantota relativistiskā mehānika. kvantu teorija lauki. Sistēmām ar ļoti liela summa komponentes jeb brīvības pakāpes, klasiskā mehānika arī nevar būt adekvāta, bet tiek izmantotas statistiskās mehānikas metodes.
Klasiskā mehānika tiek plaši izmantota, jo, pirmkārt, tā ir daudz vienkāršāka un vieglāk pielietojama nekā iepriekš uzskaitītās teorijas, un, otrkārt, tai ir lielas aproksimācijas un pielietošanas iespējas ļoti plašai fizisko objektu klasei, sākot no ierastajām, piemēram, kā vērpējs vai bumbiņa, uz lieliem astronomiskiem objektiem (planētām, galaktikām) un ļoti mikroskopiskiem (organiskām molekulām).
Lai gan klasiskā mehānika kopumā ir savietojama ar citām "klasiskajām" teorijām, piemēram, klasisko elektrodinamiku un termodinamiku, starp šīm teorijām ir dažas pretrunas, kas tika atklātas 19. gadsimta beigās. Tos var atrisināt ar metodēm vairāk mūsdienu fizika. Jo īpaši klasiskās elektrodinamikas vienādojumi nav nemainīgi Galilejas transformācijās. Gaismas ātrums tajās nonāk kā konstante, kas nozīmē, ka klasiskā elektrodinamika un klasiskā mehānika varētu būt savietojamas tikai vienā izvēlētā atskaites sistēmā, kas saistīta ar ēteri. Tomēr eksperimentālā pārbaude neatklāja ētera esamību, kā rezultātā tika izveidota īpaša relativitātes teorija, kurā tika modificēti mehānikas vienādojumi. Klasiskās mehānikas principi nesaskan arī ar dažiem klasiskās termodinamikas apgalvojumiem, kas noved pie Gibsa paradoksa, saskaņā ar kuru nav iespējams precīzi noteikt entropiju, un pie ultravioletās katastrofas, kurā absolūti melns korpuss jāizstaro bezgalīgs enerģijas daudzums. Lai pārvarētu šīs nesaderības, tika izveidota kvantu mehānika.
Piezīmes
Interneta saites
- Videolekcija 1. Fizika: klasiskā mehānika (1999. gada rudens)// MIT Lekcijas: 8.01
Literatūra
- Arnolds V.I. Avets A. Klasiskās mehānikas ergodiskās problēmas - RHD, 1999. - 284 lpp.
- B. M. Javorskis, A. A. Detlafs. Fizika vidusskolēniem un tiem, kas iestājas augstskolās. - M .: Akadēmija, 2008. - 720 lpp. -( Augstākā izglītība). - 34 000 eksemplāru. - ISBN 5-7695-1040-4
- Sivukhins D.V. Vispārīgais fizikas kurss. - 5. izdevums, stereotipisks. - M .: Fizmatlit, 2006. - T. I. Mehānika. - 560 lpp. - ISBN 5-9221-0715-1
- A. N. MATVEJVS Mehānika un relativitātes teorija. - 3. izdevums. - M .: ONIKSS 21. gadsimts: pasaule un izglītība, 2003. - 432 lpp. - 5000 eksemplāru. - ISBN 5-329-00742-9
- C. Kittels, V. Naits, M. Rudermans Mehānika. Bērklija fizikas kurss. - M .: Lan, 2005. - 480 lpp. - (Mācību grāmatas augstskolām). - 2000 eksemplāru. - ISBN 5-8114-0644-4
"Padomājiet par ieguvumiem, ko mums sniedz labi piemēri, un jūs atklāsiet, ka atmiņa par izciliem cilvēkiem ir ne mazāk noderīga kā viņu klātbūtne."
Mehānika ir viena no visvairāk sens Zinātnes. Tas radās un attīstījās reibumā sabiedriskās prakses pieprasījumus un arī pateicoties cilvēka domāšanas abstrahējošā darbība. Pat aizvēsturiskos laikos cilvēki veidoja ēkas un novēroja dažādu ķermeņu kustību. Daudzi materiālo ķermeņu mehāniskās kustības un līdzsvara likumi cilvēce tos pazina, atkārtoti atkārtojot eksperimentāli. Šis sociāli vēsturiskā pieredze, tika nodots no paaudzes paaudzē, un tas bija izejmateriāls, kura analīzei attīstījās mehānika kā zinātne. Mehānikas rašanās un attīstība bija cieši saistīts ar ražošanu, Ar vajadzībām cilvēku sabiedrība. "Noteiktā lauksaimniecības attīstības posmā," raksta Engels, "un atsevišķās valstīs (ūdeņu ieguve apūdeņošanai Ēģiptē), un īpaši līdz ar pilsētu rašanos, lielām ēkām un amatniecības attīstību, attīstījās un Mehānika. Drīz tas kļūst nepieciešams arī kuģniecības un militārām lietām.
Pirmkārt pieder līdz mūsdienām saglabājušies rokraksti un zinātniskie ziņojumi mehānikas jomā senie Ēģiptes un Grieķijas zinātnieki. Vecākie papirusi un grāmatas, kurās ir saglabājušies dažu vienkāršāko mehānikas problēmu pētījumi, galvenokārt attiecas uz dažādām problēmām. statika, t.i. līdzsvara doktrīna. Pirmkārt, šeit ir jānosauc izcilā filozofa darbi senā Grieķija(384-322 BC), kurš šo nosaukumu ieviesa zinātniskajā terminoloģijā Mehānika plašam cilvēku zināšanu laukam, kurā tiek pētītas dabā novērotās un cilvēka darbības laikā radītās vienkāršākās materiālo ķermeņu kustības.
Aristotelis dzimis grieķu kolonijā Stagira Trāķijā. Viņa tēvs bija Maķedonijas karaļa ārsts. 367. gadā Aristotelis apmetās uz dzīvi Atēnās, kur ieguva filozofisko izglītību slavenā ideālistiskā filozofa akadēmijā Grieķijā. Platons. 343. gadā vadību pārņēma Aristotelis Aleksandra Lielā skolotājs(Aleksandrs Lielais teica: "Es godinu Aristoteli līdzvērtīgi savam tēvam, jo, ja esmu parādā savu dzīvību savam tēvam, tad esmu parādā Aristotelim visu, kas viņai dod cenu"), vēlāk slavenais komandieris. senā pasaule. Viņa filozofiskā skola, ko sauc par skolu peripatētika, Aristotelis dibināts 335. gadā Atēnās. Daži Aristoteļa filozofiskie noteikumi nav zaudējuši savu nozīmi līdz mūsdienām. F. Engels rakstīja; "Senie grieķu filozofi visi bija dzimuši elementāri dialektiķi, un Aristotelis, visuniversālākais vadītājs no tiem, jau ir izpētījis visas būtiskās dialektiskās domāšanas formas." Bet mehānikas jomā šie plašie universālie cilvēka domāšanas likumi nesaņēma auglīgu atspoguļojumu Aristoteļa darbos.
Arhimēdam pieder liels skaits tehniskie izgudrojumi, ieskaitot visvienkāršāko ūdens pacelšanas mašīna (arhimēda skrūve), kas Ēģiptē atradusi pielietojumu ar ūdeni applūdušo kultivēto zemju nosusināšanai. Viņš sevi parādīja kā militārais inženieris vienlaikus aizsargājot savu dzimtā pilsēta Sirakūzas (Sicīlija). Arhimēds saprata precīzas un sistemātiskas spējas un lielo nozīmi cilvēcei zinātniskie pētījumi, un viņam tiek piedēvēti lepni vārdi: Dodiet man vietu, kur stāvēt, un es izkustināšu zemi."
Arhimēds tika nogalināts ar romiešu karavīra zobenu slaktiņā, ko romieši sarīkoja Sirakūzu ieņemšanas laikā. Tradīcija saka, ka Arhimēds, iegrimis kontemplācijā ģeometriskās formas, teica karavīram, kurš viņam tuvojās: "Neaiztieciet manus zīmējumus." Karavīrs, redzot šajos vārdos apvainojumu uzvarētāju spēkam, nocirta sev galvu, un Arhimēda asinis iekrāsoja viņa zinātnisko darbu.
slavenais senais astronoms Ptolemajs(II gadsimts AD - ir liecības, ka Ptolemajs (Klaudijs Ptolemaja) Aleksandrijā dzīvoja un strādāja no 127. līdz 141. vai 151. gadam. Saskaņā ar arābu leģendu viņš nomira 78 gadu vecumā.) savā darbā " Lielā astronomijas matemātiskā konstrukcija 13 grāmatās"izstrādāja ģeocentrisku pasaules sistēmu, kurā debess un planētu šķietamās kustības tika izskaidrotas, pieņemot, ka Zeme ir nekustīga un atrodas Visuma centrā. Visa debess klājums veic pilnīgu apgriezienu ap Zemi 24 stundu laikā, un zvaigznes piedalās tikai ikdienas kustībā, saglabājot savu relatīvo stāvokli nemainīgu; planētas turklāt pārvietojas attiecībā pret debess sfēru, mainot savu stāvokli attiecībā pret zvaigznēm. Planētu šķietamo kustību likumus Ptolemajs noteica tādā mērā, ka kļuva iespējams paredzēt to atrašanās vietu attiecībā pret fiksēto zvaigžņu sfēru.
Tomēr Ptolemaja radītā Visuma uzbūves teorija bija kļūdaina; tas noveda pie ārkārtīgi sarežģītām un mākslīgām planētu kustības shēmām un daudzos gadījumos nevarēja pilnībā izskaidrot to šķietamo kustību attiecībā pret zvaigznēm. Īpaši lielas pretrunas starp aprēķiniem un novērojumiem tika iegūtas, prognozējot Saules un Mēness aptumsumus daudzus gadus uz priekšu.
Ptolemajs stingri neievēroja Aristoteļa metodoloģiju un veica sistemātiskus gaismas laušanas eksperimentus. Fizioloģiski optiskie novērojumi Ptolemajs savu interesi nav zaudējis līdz šim. Viņa konstatētie gaismas laušanas leņķi, pārejot no gaisa uz ūdeni, no gaisa uz stiklu un no ūdens uz stiklu, bija ļoti precīzi savam laikam. Ptolemajs izcili apvienots stingrs matemātiķis un smalks eksperimentētājs.
Viduslaiku laikmetā visu zinātņu, kā arī mehānikas attīstība bija spēcīga palēninājās. Turklāt šajos gados tika iznīcināti un iznīcināti vērtīgākie seno cilvēku zinātnes, tehnikas un mākslas pieminekļi. Reliģiskie fanātiķi noslaucīja no zemes virsmas visus zinātnes un kultūras sasniegumus. Lielākā daļa šī perioda zinātnieku akli pieturējās pie Aristoteļa sholastiskās metodes mehānikas jomā, uzskatot visus šī zinātnieka rakstos ietvertos nosacījumus par beznosacījumu pareiziem. Ptolemaja pasaules ģeocentriskā sistēma tika kanonizēta. Runa pret šo pasaules sistēmu un Aristoteļa filozofijas galvenajiem noteikumiem tika uzskatīta par pamatu pārkāpumu. svētais raksts, un tika paziņoti pētnieki, kuri nolēma to darīt ķeceri. "Priesterība nogalināja dzīvos Aristotelī un iemūžināja mirušos," rakstīja Ļeņins. Mirusi, tukša sholastika piepildīja daudzu traktātu lappuses. Tika radītas smieklīgas problēmas, un precīzas zināšanas tika vajātas un iznīkušas. Liels skaits darbu par mehāniku viduslaikos bija veltīts, lai atrastu " perpetuum mobile”, t.i. mūžīgā kustības mašīna darbojas, nesaņemot enerģiju no ārpuses. Šie darbi lielākoties maz veicināja mehānikas attīstību (Muhameds labi izteica viduslaiku ideoloģiju, sakot: "Ja zinātnes māca to, kas rakstīts Korānā, tie ir lieki; ja tie māca citādi, viņi ir bezdievīgi un noziedzīgi"). "Kristīgie viduslaiki neko neatstāja zinātnei," saka F. Engelss Dabas dialektikā.
gadā sākās intensīva mehānikas attīstība renesanse no 15. gadsimta sākuma Itālijā, pēc tam citās valstīs. Šajā laikmetā īpaši liels progress mehānikas attīstībā tika sasniegts, pateicoties darbam (1452-1519), (1473-1543) un Galileja (1564-1642).
Slavens itāļu gleznotājs, matemātiķis, mehāniķis un inženieris, Leonardo da Vinči nodarbojās ar mehānismu teorijas izpēti (būvēja elipsveida virpu), pētīja berzi mašīnās, pētīja ūdens kustību caurulēs un ķermeņu kustību pa slīpu plakni. Viņš bija pirmais, kurš atzina jaunā mehānikas jēdziena ārkārtējo nozīmi - spēka momentu attiecībā pret punktu. Pētot spēku līdzsvaru, kas iedarbojas uz bloku, viņš konstatēja, ka spēka pleca lomu spēlē perpendikula garums, kas nomests no bloka fiksētā punkta uz slodzi nesošās troses virzienu. Bloka līdzsvars ir iespējams tikai tad, ja spēku reizinājumi un atbilstošo perpendikulu garumi ir vienādi; citiem vārdiem sakot, bloka līdzsvars ir iespējams tikai ar nosacījumu, ka spēku statisko momentu summa attiecībā pret bloka svara pieauguma punktu būs vienāda ar nulli.
Revolucionāru revolūciju uzskatos par Visuma uzbūvi veica kāds poļu zinātnieks, kurš, kā tēlaini rakstīts uz viņa pieminekļa Varšavā, "apturēja Sauli un iekustināja Zemi". jauns, pasaules heliocentriskā sistēma skaidroja planētu kustību, balstoties uz to, ka Saule ir fiksēts centrs, ap kuru visas planētas pārvietojas pa apļiem. Šeit ir oriģinālie Kopernika vārdi, kas ņemti no viņa nemirstīgā darba: “Tas, kas mums šķiet kā Saules kustība, nerodas no tās kustības, bet gan no Zemes un tās sfēras kustības, ar kuru mēs riņķojam ap Sauli. , tāpat kā jebkura cita planēta. Tātad Zemei ir vairāk nekā viena kustība. Šķietami vienkāršās un retrogrādas planētu kustības nav saistītas ar to kustību, bet gan ar Zemes kustību. Tādējādi ar vienu Zemes kustību pietiek, lai izskaidrotu tik daudz šķietamo nevienlīdzību debesīs.
Kopernika darbā atklājās galvenā iezīme ir dotas planētu kustības un aprēķini saistībā ar Saules un Mēness aptumsumu prognozēm. Merkura, Veneras, Marsa, Jupitera un Saturna šķietamo atgriešanās kustību skaidrojumi attiecībā pret fiksēto zvaigžņu sfēru ir ieguvuši skaidrību, atšķirīgumu un vienkāršību. Koperniks skaidri saprata ķermeņu relatīvās kustības kosmosā kinemātiku. Viņš raksta: “Katra uztvertā stāvokļa maiņa notiek vai nu novērotā objekta, vai novērotāja kustības dēļ, vai abu kustības dēļ, ja, protams, tie atšķiras viens no otra; jo, kad novērotais objekts un novērotājs pārvietojas vienādi un vienā virzienā, kustība starp novēroto objektu un novērotāju netiek pamanīta.
Patiesi zinātnisks Kopernika teorija ļāva iegūt vairākus svarīgus praktiskus rezultātus: palielināt astronomisko tabulu precizitāti, reformēt kalendāru (ieviešot jaunu stilu), stingrāk noteikt gada garumu.
Spožā itāļu zinātnieka darbi Galileja bija attīstības pamatā skaļruņi.
Dinamiku kā zinātni dibināja Galilejs, kurš atklāja daudzas ļoti svarīgas vienmērīgi paātrinātu un vienmērīgi lēnu kustību īpašības.Šīs jaunās zinātnes pamatus Galileo izklāstīja grāmatā "Sarunas un matemātiskie pierādījumi par divām jaunām zinātnes nozarēm, kas saistītas ar mehāniku un lokālo kustību". III nodaļā par dinamiku Galileo raksta: “Mēs radām jaunu zinātni, kuras tēma ir ārkārtīgi sena. Dabā nav nekā sena kustība, bet tieši par to filozofi ir uzrakstījuši ļoti maz nozīmīgu. Tāpēc es vairākkārt esmu pētījis tās iezīmes pēc pieredzes, kas ir diezgan pelnītas, bet līdz šim nezināmas vai nepierādītas. Tā, piemēram, viņi saka, ka krītoša ķermeņa dabiskā kustība ir paātrināta kustība. Tomēr vēl nav norādīts, cik lielā mērā paātrinājums palielinās; cik man zināms, neviens vēl nav pierādījis, ka telpas, kuras krītošs ķermenis šķērso vienādos laika intervālos, ir saistītas viena ar otru kā secīgi nepāra skaitļi. Tika arī pamanīts, ka izmestie ķermeņi vai šāviņi raksturo noteiktu izliektu līniju, taču neviens nenorādīja, ka šī līnija ir parabola.
Galileo Galilejs (1564-1642)
Pirms Galileo spēki, kas iedarbojas uz ķermeņiem, parasti tika uzskatīti līdzsvara stāvoklī un spēku darbība tika mērīta tikai ar statiskām metodēm (svira, svari). Galileo norādīja, ka spēks ir ātruma izmaiņu cēlonis un tādējādi tika noteikts dinamiska metode spēku salīdzinājums. Galileo pētījumi mehānikas jomā ir svarīgi ne tikai to rezultātu dēļ, kurus viņam izdevās iegūt, bet arī viņa konsekventai ievadīšanai mehānikā. eksperimentāls kustību izpētes metode.
Tā, piemēram, svārsta svārstību izohronisma likumu pie maziem novirzes leņķiem, punkta kustības likumu pa slīpu plakni Galileo pētīja, izmantojot rūpīgi inscenētus eksperimentus.
Pateicoties Galileo darbiem, mehānikas attīstība ir cieši saistīta ar prasībām tehnoloģija, Un zinātnisks eksperiments sistemātiski ieviests kā auglīgs pētījuma metode mehāniskās kustības parādības. Galilejs savās sarunās tieši saka, ka “pirmo” meistaru darba vērošana Venēcijas arsenālā un sarunas ar viņiem palīdzēja viņam saprast “parādību cēloņus, kas bija ne tikai pārsteidzoši, bet arī sākumā šķita pilnīgi neticami”. Daudzus Aristoteļa mehānikas nosacījumus Galilejs precizēja (kā, piemēram, kustību pievienošanas likumu) vai arī ļoti ģeniāli atspēkoja ar tīri loģisku spriešanu (atspēkojums, uzstādot eksperimentus, tolaik tika uzskatīts par nepietiekamu). Šeit mēs piedāvājam Galileo pierādījumu, lai raksturotu stilu. atspēkojot Aristoteļa nostāja, ka smagie ķermeņi uz Zemes virsmas krīt ātrāk, bet vieglie ķermeņi lēnāk. Pamatojums tiek sniegts sarunas veidā starp Galileja sekotāju (Salviati) un Aristoteli (Simplicio):
« Salviati: ... Bez papildu pieredzes ar īsu, bet pārliecinošu argumentāciju mēs varam skaidri parādīt apgalvojuma, ka smagāki ķermeņi pārvietojas ātrāk nekā vieglāki, nepareizību, kas nozīmē vienas un tās pašas vielas ķermeņus, t.i., tādus, par kuriem runā Aristotelis. Sakiet man, senjor Simplicio, vai jūs atzīstat, ka katram krītošam ķermenim pēc dabas ir noteikts ātrums, kuru var palielināt vai samazināt, tikai ieviešot jauns spēks vai šķēršļi?
Vienkāršs: Es nešaubos, ka vienam un tam pašam ķermenim vienā un tajā pašā vidē ir nemainīgs dabas noteikts ātrums, kas nevar palielināties, ja vien pieliek jaunu spēku, vai samazināties, izņemot šķērsli, kas palēnina kustību.
Salviati: Tātad, ja mums ir divi krītošie ķermeņi, kuru dabiskie ātrumi ir atšķirīgi, un ātrāko apvienojam ar lēnāko, tad ir skaidrs, ka ātrāk krītošā ķermeņa kustība būs nedaudz aizkavēta, un otrs būs nedaudz paātrināts. Vai jūs iebilstat pret šo nostāju?
Vienkāršs: Es domāju, ka tas ir diezgan pareizi.
Salviati: Bet ja tas tā ir un ja tajā pašā laikā tā ir taisnība lielais Akmens kustas, teiksim, ar astoņu olekti ātrumu, bet otrs, mazāks, ar četru olekti ātrumu, tad, tos savienojot kopā, vajadzētu iegūt ātrumu, kas mazāks par astoņām olektim; bet divi akmeņi, kas savienoti kopā, veido ķermeni, kas ir lielāks par sākotnējo, kura ātrums bija astoņas olektis; tāpēc izrādās, ka smagāks ķermenis pārvietojas ar mazāku ātrumu nekā vieglāks, un tas ir pretrunā jūsu pieņēmumam. Tagad jūs redzat, kā no pozīcijas, ka smagāki ķermeņi pārvietojas ātrāk nekā vieglāki, es varētu secināt, ka smagāki ķermeņi pārvietojas mazāk ātri.
Vienmērīgi paātrināta ķermeņa krišanas parādības uz Zemes novēroja daudzi zinātnieki pirms Galileo, taču neviens no viņiem nevarēja atklāt. patiesie iemesli un pareizie likumi, kas izskaidro šīs ikdienas parādības. Lagrenžs šajā gadījumā atzīmē, ka "bija vajadzīgs ārkārtējs ģēnijs, lai atklātu dabas likumus tādās parādībās, kuras vienmēr bija mūsu acu priekšā, bet kuru skaidrojums, tomēr, vienmēr izvairījās no filozofu pētījumiem."
Tātad, Galileo bija mūsdienu dinamikas pamatlicējs. Galileo skaidri saprata inerces likumus un spēku neatkarīgu darbību to mūsdienu formā.
Galilejs bija izcils novērojējs astronoms un dedzīgs heliocentriskā pasaules uzskata piekritējs. Radikāli uzlabojot teleskopu, Galileo atklāja Veneras fāzes, Jupitera pavadoņus, plankumus uz Saules. Viņš veica neatlaidīgu, konsekventi materiālistisku cīņu pret Aristoteļa sholastiku, Ptolemaja sabrukušo sistēmu un katoļu baznīcas antizinātniskajiem kanoniem. Galilejs ir viens no izcilākajiem zinātnes vīriem, "kurš prata lauzt veco un radīt jaunu, neskatoties uz jebkādiem šķēršļiem, par spīti visam".
Tika turpināti un attīstīti Galileo darbi (1629-1695), kurš attīstījās fizikālā svārsta svārstību teorija un uzstādīts centrbēdzes spēku darbības likumi. Haigenss paplašināja teoriju par viena punkta paātrinātām un aizkavētām kustībām (ķermeņa translācijas kustība) līdz mehāniskai punktu sistēmai. Tas bija nozīmīgs solis uz priekšu, jo tas ļāva veikt pētījumu rotācijas kustības ciets ķermenis. Huygens iepazīstināja ar jēdzienu ķermeņa inerces moments ap asi un definēja tā saukto šūpoles centrs" fiziskais svārsts. Nosakot fiziskā svārsta šūpošanās centru, Huigenss vadījās no principa, ka "smaguma ķermeņu sistēma, kas pārvietojas gravitācijas ietekmē, nevar kustēties tā, lai ķermeņu kopējais smaguma centrs paceltos virs sākotnējā stāvokļa". Huygens arī parādīja sevi kā izgudrotāju. Viņš radīja svārsta pulksteņu dizainu, izgudroja kabatas pulksteņa balansētāju-regulatoru, uzbūvēja tā laika labākās astronomiskās lampas un pirmais skaidri ieraudzīja planētas Saturna gredzenu.
Tādējādi klasiskās mehānikas izpētes priekšmets ir mehāniskās kustības likumi un cēloņi, ko saprot kā makroskopisku (kas sastāv no milzīga daļiņu skaita) fizisko ķermeņu un to veidojošo daļu mijiedarbību un to stāvokļa izmaiņas telpā, ko rada šī mijiedarbība notiek ar subluminālo (nerelativistisku) ātrumu.
Klasiskās mehānikas vieta fizisko zinātņu sistēmā un tās pielietojamības robežas parādītas 1. attēlā.
1. attēls. Klasiskās mehānikas pielietojamības joma
Klasiskā mehānika tiek iedalīta statikā (kas ņem vērā ķermeņu līdzsvaru), kinemātikā (kas pēta kustības ģeometriskās īpašības, neņemot vērā tās cēloņus) un dinamikā (kas aplūko ķermeņu kustību, ņemot vērā cēloņus, kas to izraisa).
Ir vairāki līdzvērtīgi klasiskās mehānikas formālā matemātiskā apraksta veidi: Ņūtona likumi, Lagranža formālisms, Hamiltona formālisms, Hamiltona-Jēkobi formālisms.
Ja klasisko mehāniku piemēro ķermeņiem, kuru ātrums ir daudz mazāks par gaismas ātrumu un kuru izmēri ir daudz lielāki par atomu un molekulu izmēriem, un attālumos vai apstākļos, kad gravitācijas izplatīšanās ātrumu var uzskatīt par bezgalīgu, tas dod ārkārtīgi precīzi rezultāti. Tāpēc mūsdienās klasiskā mehānika saglabā savu nozīmi, jo tā ir daudz vieglāk saprotama un lietojama nekā citas teorijas un diezgan labi apraksta ikdienas realitāti. Klasisko mehāniku var izmantot, lai aprakstītu ļoti plašas fizisku objektu klases kustību: gan parastus makrokosmosa objektus (piemēram, griežamo bumbu un beisbolu), gan astronomisko izmēru objektus (piemēram, planētas un zvaigznes) un daudzus. mikroskopiski objekti.
Klasiskā mehānika ir vecākā no fiziskajām zinātnēm. Pat pirmsantīkos laikos cilvēki ne tikai izjuta mehānikas likumus, bet arī pielietoja tos praksē, projektējot vienkāršākos mehānismus. Jau neolītā un bronzas laikmets parādījās ritenis, nedaudz vēlāk tika izmantota svira un slīpa plakne. Senajā periodā uzkrātās praktiskās zināšanas sāka vispārināt, tika veikti pirmie mēģinājumi definēt mehānikas pamatjēdzienus, piemēram, spēks, pretestība, nobīde, ātrums un formulēt dažus tās likumus. Klasiskās mehānikas attīstības laikā tika likti pamati zinātniska metode zināšanas, kas ietver noteiktus vispārīgus noteikumus zinātniskai spriešanai par empīriski novērotām parādībām, pieņēmumu (hipotēžu), kas izskaidro šīs parādības, veidojot modeļus, kas vienkāršo pētāmās parādības, saglabājot to būtiskās īpašības, veidojot ideju vai principu sistēmas (teorijas) un tos. matemātiskā interpretācija.
Tomēr mehānikas likumu kvalitatīva formulēšana sākās tikai mūsu ēras 17. gadsimtā. e., kad Galileo Galilejs atklāja ātrumu saskaitīšanas kinemātisko likumu un noteica ķermeņu brīvās krišanas likumus. Dažas desmitgades pēc Galileo Īzaks Ņūtons formulēja dinamikas pamatlikumus. Ņūtona mehānikā ķermeņu kustība tiek uzskatīta ar ātrumu, kas ir daudz mazāks nekā gaismas ātrums vakuumā. To sauc par klasisko jeb Ņūtona mehāniku, atšķirībā no relativistiskās mehānikas, kas radīta 20. gadsimta sākumā, galvenokārt pateicoties Alberta Einšteina darbam.
Mūsdienu klasiskā mehānika kā dabas parādību izpētes metode izmanto to aprakstu ar pamatjēdzienu sistēmas palīdzību un konstrukciju, pamatojoties uz ideāliem reālu parādību un procesu modeļiem.
