Закони класичної механіки Ньютона

Світ енциклопедій

Універсальна підбірка науково-популярних онлайн-енциклопедій для учнів та студентів

Концепція природознавства

Закони класичної механіки Ньютона

Закони класичної механіки Ньютона

Досвід показує, що рух більшості тіл є насильницьким, тому його кількість не залишається незмінним. Причина зміни кількості руху - матеріальне взаємодія. Описати таку взаємодію непросто. Щоб зрозуміти, як фізика підходить до опису взаємодії, розглянемо простий приклад. На малюнку зображена гармата. Вона робить постріл і вражає мішень. Як описати процес взаємодії?

Перший спосіб. Запропоновано Ньютоном. Постріл гармати призводить до появи отвори в мішені. Механізм взаємодії гармати і мішені НЕ конкретизуємо. Вважаємо, що гармата діє на мішень безпосередньо. Так як гармату і мішень розділяє деяку відстань, необхідно припустити, що безпосереднє взаємодія можлива і на відстані. У такому випадку говорять, що має місце дальнодействие.

Ньютон неодноразово стверджував, що пошуки механізму взаємодії - завдання фізики. Йому ж, як математику, достатньо було математичних співвідношень, що виражають причинно-наслідкові зв'язки. Знання таких зв'язків дозволяє розрахувати характеристики примусового руху і, отже, повністю задовольняти потреби прикладної науки.

Таким чином, основу поглядів Ньютона і всієї класичної наукової парадигми складає ідея математичного виразу причинно-наслідкових зв'язків.

Причину, що змінює стан руху безвідносно до механізму її дії, Ньютон назвав силою.

Якщо відомі математичні характеристики процесу взаємодії, то цим задана величина сили, з якою один об'єкт впливає на інший. У нашому прикладі з гарматою при такому способі розгляду снаряд не розглядається. Розгляд обмежується лише встановленням причинно-наслідкового зв'язку між пострілом і його результатом.

Підхід, розроблений Ньютоном, виявився настільки плідним, що протягом багатьох років класична наука використовувала його для вирішення більшості наукових і технічних завдань.

Другий спосіб. Уявіть собі, що гармата стріляє постійно. У цьому випадку кожній точці простору можна зіставити можливий вплив з боку снарядів. Сила в цьому випадку є функцією просторової змінної. При цьому можна говорити про поле сил, навколишньому гармату.

У школі вам пояснювали, що поле є особливим видом матерії. З цим важко не погодитися. Ось простий пристрій (див. Рісунік нижче). Воно складається з пластмасової осі, на яку одягнено два магнітних кільця, повернутих однойменними полюсами один до одного. Ви можете переконатися, що щось вельми відчутним чином розштовхує кільця так, що верхнє кільце погойдуючись, літає над нижнім. Це щось називається магнітним полем.

Правда, ви можете заперечити, що немає тут ніякого поля, а взаємодіють два магніти. Вважати так чи інакше - справа смаку. Уявлення про силу, що діє на відстані, і поле сил, як особливій формі матерії, насправді всього лише два способи ідеалізації, використовуються у фізиці для опису одного і того ж процесу матеріального взаємодії.

Стосовно нашого прикладу з гарматою ви можете сказати: "Які сили, яке поле? Кожному зрозуміло, що мішень вражає не якась сила, а артилерійський снаряд". І матимете рацію. Зазвичай природничі науки задовольняються простим встановленням причинно-наслідкового зв'язку між явищами, використовуючи поняття "сила", "поле сил" і т. П. Але коли виявляється необхідним розглянути механізм взаємодії, доводиться згадати і про "снарядах". Таким розглядом займається квантова теорія поля. Згідно з її поглядам взаємодія між елементарними частинками реалізується за рахунок того, що вони "обстрілюють" один одного елементарними частинками спеціального виду. У разі магнітного або електричного взаємодії ці частинки називаються фотонами. Ядерні частинки взаємодіють, "обстрілюючи" один одного особливими частками, які отримали назву пі-мезонів (рісунік нижче).

А тепер уявіть собі вузький прохід, закритий загороджувальним вогнем кулемета. Зрозуміло, що якщо досить багато солдатів швидко побіжать в цей прохід, то хтось зможе проскочити між кулями.

Подібні явища спостерігаються в напівпровідниках, де частина електронів виявляється в стані пройти через поле відштовхування запірного шару, не маючи енергії, достатньої для цього. Таке явище називається тунельним ефектом. Воно служить непрямим підтвердженням ідей квантової теорії поля.

Скажіть, будь ласка, стали б ви інвестувати значні суми в розвиток квантової електродинаміки? Не стали б? Ну і даремно. Тільки застосування тунельних діодів, а точніше, тунельних переходів в мікросхемах дало мільйонні прибутки фірмам, які вчасно вклали кошти у вивчення цього ефекту, т. Е. В розвиток квантової теорії поля.

Схожі матеріали

  • Особливості опису взаємодій класичної механікою

    Отже, скориставшись концепцією причинно-наслідкового зв'язку, Ньютон ввів в класичну фізику поняття сили. Більше того, він припустив пряму пропорційність між величиною сили і швидкістю зміни кільк...

Поділитись з друзями

Delicious Digg Facebook Google Bookmarks Technorati Twitter LinkedIn ВКонтакте LiveJournal Мой мир Я.ру Одноклассники Liveinternet БобрДобр

Коментарі:

Рекомендуємо переглянути