Классическая механика. Принцип относительности

 

 

 

Содержание

Введение                                                                                      -3ст

1.Классическая  механика. Принцип относительности.        -4ст

2.Развитие концепций пространства и времени.                    -7ст

3. Пространство-время и  законы сохранения.                        -10ст

4.Классическая термодинамика.  Понятие энтропии.             -12ст

5.Электромагнетизм. Корпускулярная  и волновая                -14ст

традиции объяснения природы  излучения.

Заключение                                                                                 -16ст

Список литературы                                                                    -17ст

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Новый величайший переворот в системе  культуры происходит в эпоху Возрождения, которая охватывает ХIV – начало XVII в. Эпоха Возрождения - эпоха становления  капиталистических отношений, первоначального  накопления капитала, восхождении социально-политической роли города, буржуазных классов, складывания  абсолютистских монархий и национальных государств, эпоха глубоких социальных конфликтов, религиозных войн, ранних буржуазных революций, возрождения  античной культуры, эпоха титанов  мысли и духа.

В эпоху Возрождения была проведена  основная мыслительная работа, подготовившая  возникновение классического естествознания. Это стало возможным благодаря  мировоззренческой революция, совершившейся  в эпоху Ренессанса и состоявшей в изменении системы “человек – мир человека”. В эпоху Ренессанса происходит мировоззренческая переориентация субъекта: на первый план постепенно выдвигается  отношение человека к Природе, отношение  же человека к Богу выступает как  производное. Важной заслугой культуры Возрождения являлось и то, что в ней главной ценностью становится бескорыстное объективное познание мира. На основе этой важнейшей мировоззренческой ценности и складываются непосредственные предпосылки возникновения классического естествознания.

 

 

 

 

 

1.Классическая  механика. Принцип относительности.

 

Класси́ческая меха́ника — вид механики (раздела физики, изучающей законы изменения положений тел и причины, это вызывающие), основанный на 3 законах Ньютона и принципе относительности Галилея. Поэтому её часто называют «Ньютоновской механикой».

  Важное место в классической механике занимает существование инерциальных систем. Классическая механика подразделяется на статику (которая рассматривает равновесие тел) и динамику (которая рассматривает движение тел). Классическая механика дает очень точные результаты в рамках повседневного опыта. Но для систем, движущихся с большими скоростями, приближающимися к скорости света, более точные результаты дает релятивистская механика, для систем микроскопических размеров — квантовая механика, а для систем, обладающих обеими характеристиками — квантовая теория поля. Тем не менее, классическая механика сохраняет свое значение, поскольку  1- она намного проще в понимании и использовании, чем остальные теории, и  2- в обширном диапазоне она достаточно хорошо приближается к реальности. Классическую механику можно использовать для описания движения таких объектов, как волчок и бейсбольный мяч, многих астрономических объектов (таких, как планеты и галактики), и даже многих микроскопических объектов, таких как органические молекулы. Хотя классическая механика в общих чертах совместима с другими «классическими теориями», такими как классическая электродинамика и термодинамика, в конце 19 века были найдены несоответствия, которые удалось разрешить только в рамках более современных физических теорий. В частности, классическая электродинамика предсказывает, что скорость света постоянна для всех наблюдателей, что трудно совместить с классической механикой, и что привело к необходимости создания специальной теории относительности. При рассмотрении совместно с классической термодинамикой, классическая механика приводит к парадоксу Гиббса в котором невозможно точно определить величину энтропии и к ультрафиолетовой катастрофе, в которой абсолютно чёрное тело должно излучать бесконечное количество энергии. Попытки разрешить эти проблемы привели к развитию квантовой механики.

 

 

Принцип относительности

Принцип относительности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

Отсюда следует, что все  законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.

Различают принцип относительности  - Эйнштейна (который приведён выше) и принцип относительности- Галилея, который утверждает то же самое, но не для всех законов природы, а только для законов классической механики, подразумевая применимость преобразований Галилея, оставляя открытым вопрос о применимости принципа относительности к оптике и электродинамике.

Х. А. Лоренц писал в 1912 г.: «Заслуга Эйнштейна состоит в  том, что он первый высказал принцип  относительности в виде всеобщего  строго и точно действующего закона»

Принцип инерции Галилея  выделяет определенный класс систем отсчета, которые называют инерциальными. Инерциальными являются системы  отсчета, в которых выполняется  принцип инерции (первый закон Ньютона). Общепринятая формулировка первого  закона Ньютона такова: "Существуют системы отсчета, относительно которых  всякое тело сохраняет состояние  своего движения (состояние покоя  или равномерного прямолинейного движения), пока действие всех тел и полей  на него компенсировано". Если мы имеем  хотя бы одну такую инерциальную систему  отсчета, то всякая другая система отсчета, которая движется относительно первой равномерно и прямолинейно, также  является инерциальной. Все другие системы отсчета называются неинерциальными. Оговоримся прежде всего, что под  системой отсчета понимается тело отсчета, относительно которого рассматривается  движение, связанная с телом отсчета  система координат (например, декартова  система координат, состоящая из трех взаимоперпендикулярных пространственных координатных осей), и заданный способ определения времени.

Тот факт, что ускорения  тел относительно обеих инерциальных систем отсчета одинаковы, позволяет  сделать вывод о том, что законы механики, определяющие причинно-следственные связи движения тел, одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. И это составляет суть принципа относительности Галилея: "Во всех инерциальных системах отсчета все физические явления происходят одинаково".

 

Мы намеренно в формулировке употребили более широкое определение, говоря обо всех физических явлениях, хотя первоначально принцип относительности  Галилея относился лишь к механическим явлениям. Однако не следует забывать, что существующая вплоть до XX века механистическая  картина мира ставила своей задачей  сведение всех физических явлений к  механическим. А развитие физики нашего столетия распространило принцип относительности  Галилея на все физические явления.

Попробуем критически взглянуть  на проделанные нами процедуры при  получении преобразований Галилея. Беря производные по времени от кинематических параметров, мы рассматривали изменения  этих величин за бесконечно маленькие  промежутки времени. При этом нам  представлялось само собой разумеющимся, что эти бесконечно маленькие  промежутки времени, равно как и  любые промежутки времени, одинаковы  в обеих системах отсчета. Желая  описать движение какого-либо тела, то есть получить уравнений зависимости  координат тела от времени, мы некритически оперируем понятием времени. И так  было вплоть до создания теории относительности  Эйнштейна. Все наши суждения, в которых  время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных  событиях. А отсюда -- два следствия, неявно присутствующие в наших рассуждениях: во-первых, что "правильно идущие часы" идут синхронно в любой  системе отсчета; во-вторых, что временные  интервалы, длительность событий одинакова  во всех системах отсчета.

Иными словами, мы пользуемся ньютоновским истинным математическим временем, протекающим независимо от чего-либо, независимо от движения.

Рассмотрим теперь неинерциальные системы отсчета. Система отсчета, которая движется относительно инерциальной системы отсчета с ускорением, является неинерциальной. Как следует  из принципа относительности Галилея, никакими опытами, проведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно установить, покоится ли она или движется равномерно или прямолинейно, то есть движение инерциальной системы отсчета не влияет на ход протекающих в ней  физических процессов. В неинерциальных системах отсчета это не так: всякое ускорение системы сказывается на происходящих в ней явлениях. Таким образом, на неинерциальные системы отсчета принцип относительности Галилея не распространяется, и законы Ньютона в них не выполняются. Можно попытаться использовать законы Ньютона для описания движения тел и в неинерциальных системах отсчета. Для этого вводят дополнительные силы -- силы инерции, равные произведению массы тела на ускорение системы отсчета, но при этом направленные противоположно ускорению системы отсчета.

2.Развитие концепций  пространства и времени.

     На всех  уровнях развития человеческого  общества категории пространства  и времени всегда привлекали  пристальное внимание людей. В  древности эти категории рассматривались  как начала мироздания, сейчас  их принято считать всеобщими  формами существования материи.  Не преувеличением будет сказано,  что по уровню понимания категорий  пространства и времени можно  судить об уровне развития  всей человеческой цивилизации.

         Если оставить в стороне древние  мифологические, религиозные и философские  системы, то зачатки современных  представлений следует искать  во взглядах Демокрита, Гесиода,  Аристотеля, Эвклида, Галилея, Декарта,  Лейбница и других. Но самый  важный, поистине гигантский шаг  был сделан Ньютоном: он впервые  сформулировал физическую суть  обсуждаемых понятий, определил  их соответствующими мерами (пространство, протяженность, масса, время, длительность) и создал расчетный аппарат  механики, в формулах которой  фигурируют указанные меры. Эти  меры играют роль абсолютных, ни от чего внешнего не зависящих  эталонов. Кроме того, они обладают  свойством всеобщности, ибо, по  Ньютону, абсолютные, истинные математические  «время и пространство составляют  как бы вместилища самих себя  и всего существующего», нечто  вроде пустых ящиков без стенок, они едины для всего мироздания.

         В работах Лоренца, Пуанкаре, Эйнштейна,  Минковского были сохранены меры  Ньютона, но одновременно принят  постулат об относительности  пространства и времени, в смысле  зависимости протяженности и  длительности от свойств наблюдателя,  его скорости, это отразилось  на расчетном аппарате теории. Вместе с тем пространство  и время по-прежнему выступают  в роли всеобщей, но  теперь  уже единой арены, на которой  протекают все физические процессы, то есть пространство и время  рассматриваются как некий четырехмерный  континуум, определяемый интервалом. Внутри интервала могут происходить взаимно компенсируемые изменения координат и времени, интервал иногда рассматривается как величина абсолютная.

         Имеются также некоторые другие  интерпретации понятий пространства  и времени, например, известна  идея Н.А. Козырева, согласно которой  «время является грандиозным  потоком, охватывающим все материальные  системы Вселенной», «течение времени  – это не просто скорость, а  линейная скорость поворота, который  может происходить по часовой  стрелке или против», «воздействие  времени не распространяется, а  появляется мгновенно». С этой  идеей трудно согласиться, но  опыты Н.А. Козырева представляют  определенный интерес.

         Два десятилетия назад концепции  пространства и времени получили  дальнейшее развитие в латышских  работах (г. Рига), которые хорошо  перекликаются со следующими  словами В.И. Вернадского: «Наука  ХХ столетия находится в такой  стадии, когда наступил момент  изучения времени, так же как  изучается материя и энергия,  заполняющие пространство». На  этих работах я остановлюсь  более подробно.

         В основу обсуждаемых представлений, согласно Томасу Куну, положена новая парадигма, несовместимая со старой. Пространство и время перестают быть всеобщими и тем более едиными категориями, они низводятся до уровня рядовых форм материи и движения, вещества и его поведения, составляющих Вселенную. Благодаря этому пространство и время начинают следовать общим физическим (термодинамическим) законам, тем самым законам, которым подчиняются механические явления, теплота, электричество, магнетизм и т.д. В результате пространство и время включаются в общий круговорот различных простых явлений природы, что позволяет вывести необозримое множество новых, весьма важных для теории и практики следствий, подтверждаемых прямыми экспериментами. С этой целью для вещества и его поведения, в совокупности составляющих явление, вводятся специальные количественные меры количества и качества вещества и количества и качества поведения этого вещества. Мерой количества вещества служит так называемый фактор экстенсивности, или экстенсор (объем, масса, количество электричества и т.п.). Мерами качества, или структуры, вещества служат емкости и проводимости. Универсальной мерой количества поведения вещества является энергия. Мерой качества, или структуры, или способа, поведения вещества является так называемый фактор интенсивности, или интенсиал (давление, квадрат скорости, температура, электрический потенциал и т.п.). В свете изложенного пространство в простом метрическом явлении выступает в роли метрического вещества, а время в простом хрональном явлении – в роли фактора интенсивности, или хронала, то есть пространство и время суть специфические, частные категории, имеющие принципиально различный ранг.

         Таким образом, существуют реальные  простые не сводимые друг к  другу физические явления –  метрическое и хрональное, аналогичные  ротационному, колебательному, тепловому,  электрическому, магнитному и т.д.  Они обеспечены соответствующими  специфическими веществами –  метрическим и хрональным и  подчиняются семи началам, в  том числе уравнениям состояния  и взаимности, связывающим все  перечисленные простые явления,  и законам переноса и увлечения;  соответствующие связи обусловлены  наличием универсального взаимодействия, отвергаемого современной наукой. Особый интерес представляет хрональное явление, в котором изменение хронала, положительное или отрицательное, соответствует ходу времени. Согласно уравнению состояния, ходом времени можно управлять по произволу с помощью указанных простых явлений. Благодаря этому, например при соударении тел, можно нарушить третий закон механики Ньютона и закон сохранения количества движения, и создать хрональный (так называемый безопорный) движитель, а также хрональный двигатель, превращающий простую хрональную форму движения материи в механическую работу; в частности по этой причине в природе отсутствует нейтрино Паули. Соответствующие устройства созданы и функционируют в течение многих лет. Построены также аккумуляторы и генераторы хронального вещества, позволившие установить все основные свойства хронального явления – огромную скорость распространения, превышающую скорость света, колоссальную проникающую способность, отталкивающие свойства, сильное воздействие на биологические объекты, физические процессы, в том числе ядерные реакции, электронику, ход часов и т.д. С помощью хронального явления находят простое и естественное объяснение все наблюдаемые феномены из области парапсихологии, CETI и НЛО.