Kas Ir Klasiskā Mehānika?

{h1}

Klasiskā mehānika ir ikdienas objektu kustības un spēkus, kas tos ietekmē, matemātisks pētījums.

Izmantojot tikai dažus vienādojumus, zinātnieki var aprakstīt pa gaisu lidojošas bumbas kustību un magnēta vilkmi, kā arī prognozēt mēness aptumsumus. Ikdienas objektu kustības un tos ietekmējošo spēku matemātisko izpēti sauc par klasisko mehāniku. Klasisko mehāniku bieži sauc par Ņūtona mehāniku, jo gandrīz viss pētījums balstās uz Īzaka Ņūtona darbu. Daži no matemātikas likumiem un principiem, kas ir klasiskās mehānikas pamatā, ir šādi:

  • Ņūtona pirmais kustības likums: Ķermenis, kas atrodas miera stāvoklī, paliks miera stāvoklī, un ķermenis, kas kustas, paliks kustībā, ja vien uz to nedarbosies ārējs spēks.
  • Ņūtona otrais kustības likums: Tīkla spēks, kas iedarbojas uz objektu, ir vienāds ar objekta masu, reizinot ar tā paātrinājumu.
  • Ņūtona trešais kustības likums: Katrai darbībai ir vienāda un pretēja reakcija.
  • Ņūtona universālās gravitācijas likums: Smaguma spēks starp diviem objektiem būs proporcionāls objektu masai un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp to masas centriem.
  • Enerģijas saglabāšanas likums: Enerģiju nevar ne radīt, ne iznīcināt, tā vietā mainās no vienas formas uz otru; piemēram, mehāniskā enerģija pārvēršas par siltumenerģiju.
  • Momenta saglabāšanas likums: Ja nav ārēju spēku, piemēram, berzes, kad objekti saduras, kopējais impulss pirms sadursmes ir tāds pats kā kopējais impulss pēc sadursmes.
  • Bernulija princips: Nepārtrauktā šķidruma plūsmas straumē šķidruma hidrostatiskais spiediens līdzsvarojas atšķirībā no tā ātruma un paaugstinājuma.

Klasiskā mehānika precīzi raksturo vairuma "parasto" objektu izturēšanos. Saskaņā ar Kalifornijas Universitātes Deivisa ķīmijas departamenta "Dinamiskās ķīmijas e-mācību grāmatu", kas uzskatāma par "normālu", objektiem jābūt "lielākiem par molekulu un mazākiem par planētu", tuvu istabas temperatūrai un dodoties pie ātrums ir ievērojami lēnāks nekā gaismas ātrums.

Vecā zinātne ar jaunu vārdu

Lai arī tā ir vecākā fizikas nozare, termins "klasiskā mehānika" ir salīdzinoši jauns. Drīz pēc 1900. gada virkne matemātiskās domāšanas radīja jaunus izpētes laukus: relativistisks - mehānika parādībām, kas saistītas ar ļoti ātru, un - kvantu mehānika parādībām, kas saistītas ar ļoti mazām.

Vienādojumi, kas izstrādāti pirms 1900. gada, joprojām bija lieliski piemēroti ikdienas lieluma un ātruma objektu aprakstīšanai. Tā kā šī vecākā fizikas nozare pastāvēja līdzās diviem jauniem, tai bija nepieciešams jauns nosaukums. Termins "klasiskā mehānika" tika izveidots, lai brīvi apzīmētu vienādojumu kopumu, kas raksturo realitāti mērogos, kur kvantu un relativistiskie efekti ir niecīgi.

1687. gadā Ņūtons publicēja “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica” (Dabas filozofijas matemātiskie principi), kurā aprakstīts, kā ķermeņi pārvietojas ārēju spēku ietekmē. Šis darbs vienotu matemātisko pamatojumu ar salīdzinoši jaunām idejām par kustību šeit uz Zemes virsmas un vissenāko no visām zinātnisko pētījumu jomām: astronomiju.

Senatne līdz viduslaikiem

Senās Mesopotāmijas, Ēģiptes un Indu ielejas civilizācijas demonstrēja izpratni par saules, mēness un zvaigžņu kustību; viņi pat varēja paredzēt aptumsumu datumus pēc 18. gadsimta B.C. Kā E. C. Krupps aprakstīja savā grāmatā "Seno debesu atbalsis" (Dover, 2003), "zvaigznes un planētas bieži bija pielūgsmes mērķis, domājams, ka tās pārstāv savus dievus." Šādiem pārdabiskiem skaidrojumiem pēc definīcijas trūka pierādījumu, bet novērojumu pieraksti lika pamatus novērotāju paaudzēm. Debesu mehānika tādējādi kļuva par pētījumu par to, kā lietas pārvietojas debesīs.

Senie grieķi bija pirmie, kas pastāvīgi meklēja dabiskus (pretstatā pārdabiskiem) skaidrojumus. Kā Čārlzs Singers rakstīja savā grāmatā "Īsa zinātnes vēsture līdz deviņpadsmitajam gadsimtam" (Dovers, 2011), "Filozofi, piemēram, Thales (624-545 BC), noraidīja ne-naturālistiskus dabas parādību skaidrojumus un pasludināja, ka katram notikumam ir dabiska iemesls. " Neskaitāmie skaidrojumi, kas saistīti, piemēram, ar “miesīgiem humoriem” un “kosmisko apvalku, kas ieskauj Zemi”, patiešām bija naturālistiski, taču vairums bija fantastiski nepareizi. Īpaši izturīgs nepareizu ideju kopums, kura centrā ir kustība, kas gandrīz 2000 gadus balstījās uz Aristoteļa (384-322 B.C.) darbu. Šis darbs, kas nodēvēts par “impulsa teoriju”, sestajā, 12. un 14. gadsimtā tiks nopietni pārskatīts. Zemes mehānika tādējādi kļuva par pētījumu par to, kā lietas pārvietojas un mijiedarbojas uz Zemes virsmas.

Renesanse

Līdz 16. gadsimtam zinātnieki sāka pamanīt, ka impulsa teorija nav piemērota daudzu parādību aprakstīšanai - it īpaši no katapultu un lielgabalu izšautiem šāviņiem. Saskaņā ar teoriju šāviņam vajadzētu lidot pa gaisu, līdz tas izsīks, un pēc tam tam vajadzētu nokrist taisni uz zemes. Patiesībā šāviņa ceļš ir ļoti specifiska līkne. Lai būtu jēga no šiem novērojumiem, saskaņā ar Bernarda Koena teikto grāmatā "Jaunās fizikas dzimšana" (Nortons, 1985) zinātnieki sāka domāt par gravitācijas vilkšanu uz objektiem ar vienmērīgu paātrinājumu. Savā 1638. gada publikācijā "Dialogi par divām jaunām zinātnēm" Galileo Galilejs (1564-1642) publicēja pirmo matemātisko pierādījumu, ka vienmērīgs paātrinājums liks šāvieniem kustēties paraboliskās trajektorijās, kas atbilda novērojumiem, tādējādi parādot, ka zemes mehāniku pārvalda matemātika.

Līdzīgi un arī 16. gadsimtā tika pierādīts, ka debess mehānikai ir ārkārtīgi cieša saikne ar matemātiku. Pēc Deivida S. Landes vārdiem filmā "Laika revolūcija" (Belknap, 1983), Tycho Brahe (1546-1601) bija viens no pirmajiem astronomiem, kurš pulksteņus, kas spēja skaitīt minūtes un sekundes, kopā ar kvadrantiem un sekstantiem izmantoja pulksteņiem, lai izsekotu debess priekšmetu kustības (teleskops vēl nebija pielāgots no jūras spogles). Johanness Keplers (1571-1630) savus trīs planētu kustības likumus balstīja uz Brahe datiem par Marsa kustību. Pirmais no šiem likumiem, kas publicēts viņa 1609. gada darbā “Astronomia Nova”, parādīja, ka planētas ap sauli pārvietojas elipses ceļos.

Lielā apvienošanās

Septiņdesmit gadus vēlāk Ņūtons balstījās uz Galileo un Keplera darbu, lai parādītu, ka debesu valstības elipsveida kustības un sauszemes valstības paraboliskās kustības varētu izskaidrot ar vienu elegantu matemātisku likumu - viņa Universālās gravitācijas likumu. Turklāt viņš formalizēja kustības likumus, aprakstot tos matemātikas valodā.

Izmantojot Ņūtona likumus, zinātnieki varēja manipulēt ar simbolisko matemātiku ar algebru un kalkuļiem (arī Ņūtona līdzizgudrojumiem), lai uzzinātu par parādībām, kas vēl nav novērotas. Klasiskā mehānika pieauga visā 18. un 19. gadsimtā, lai aprakstītu visu, sākot no optikas, šķidrumiem un siltuma līdz spiedienam, elektrībai un magnētismam.

Roberts Coolmans ir Viskonsinas un Medisonas universitātes absolvents, beidzot doktora grādu. ķīmiskajā inženierijā. Viņš raksta par matemātiku, zinātni un to mijiedarbību ar vēsturi. Seko Robertam @PrimeViridian. Seko mums @wordssidekick, Facebook.

Papildu resursi

  • Uzziniet vairāk par kustību, spēkiem un enerģiju “Fizikas klasē”.
  • Praktiskā fizika nodrošina mācību stundas, mācību resursus un aktivitātes klasēm.
  • ChemWiki: Dinamiskās ķīmijas e-mācību grāmata ir Kalifornijas Universitātes Deivisa ķīmijas nodaļas sadarbības projekts.


Video Papildinājums: Vjačeslavs Kaščejevs: Fizikas paradigmu spēks un bezspēcība. 1. lekcija.




Pētniecība


Bioniskie Pirksti Varētu Palīdzēt Cilvēkiem Saķerties
Bioniskie Pirksti Varētu Palīdzēt Cilvēkiem Saķerties

Redzot Gaismu: Tīklenes Protezēšana Atjauno Žurku Redzi
Redzot Gaismu: Tīklenes Protezēšana Atjauno Žurku Redzi

Zinātne Ziņas


Vitamīnu Mānija: Patiesība Par Antioksidantiem
Vitamīnu Mānija: Patiesība Par Antioksidantiem

Geek Tūrists: 6 Vasaras Ceļojumi Zinātnes Cienītājiem
Geek Tūrists: 6 Vasaras Ceļojumi Zinātnes Cienītājiem

Tas Ir Tīrākais Gaismas Stars Pasaulē
Tas Ir Tīrākais Gaismas Stars Pasaulē

Bezmiegs Un Nesaturēšana Bezrecepšu Zāles Var Nonāvēt
Bezmiegs Un Nesaturēšana Bezrecepšu Zāles Var Nonāvēt

Kā Darbojas Chupacabras
Kā Darbojas Chupacabras


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com