Концепции физики макромира

а = F / m

Однако  первый закон Ньютона рассматривается  как самостоятельный закон, а  не как следствие второго закона, так как именно он утверждает существование инерциальных систем отсчета.

Изменение количества движения пропорционально  приложенной действующей силе и  происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует  – другая его формулировка

Третий закон Ньютона

 

• Третий закон Ньютона гласит: действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению или математически:
• F12 = - F21 , где F12  - сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй;

 F21 – сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой.

• Их трех фундаментальных законов движения Ньютона вытекают следствия, одно из которых – сложение количества движения по правилу параллелограмма.
• Ускорение тела зависит от величин, характеризующих действие других тел на данное тело, а также от величин, определяющих особенности этого тела.

Механическое действие на тело

со стороны других тел, которое 

изменяет скорость движения данного 

тела, называют силой.

Закон всемирного тяготения

 

• Сила тяготения прямо пропорциональна произведению масс тяготеющих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними или математически:

где G – гравитационная постоянная

• описывает взаимодействие любых тел – важно лишь то, чтобы расстояние между телами было достаточно велико по сравнению с их размерами, что позволяет принимать тела за материальные точки.

- образец закона природы как абсолютно точного, повсюду применимого правила, без исключений с точно определенными следствиями.

Этот закон  включен Кантом в его философию, где природа представлялась царством необходимости в противоположность морали – царству свободы.

• Взаимное притяжение 2-х людей за столом = 10^-7 ньютон;
• Земля (масса = 6*10²⁴ кг) притягивает Луну (масса = 7*10²² кг) с силой = 10²⁰ Н;
• Масса Солнца (=2*10³⁰ кг) его притяжение 10²² ньютон

 

 

Примеры:

Область применения классической механики

 

• Законы классической механики выполняются для относительно медленных движений тел, скорость их значительно меньше скорости света в вакууме.
• Истинность законов классической механики не вызывает сомнений.
• Классическая механика всегда остается совершенно необходимым «мостом», соединяющим человека как макросубъекта  познания со все более глубокими уровнями микро- и мегамира.
• Все опытные данные должны описываться при помощи классических понятий – эксперимент.
• Экспериментальная установка и результаты наблюдений должны описываться однозначным образом на языке классической физики.
• К этому сводится первый тип физической рациональности.

Классическая  механика и лапласовский детерминизм

 

Причинное объяснение многих физических явлений, привело  в конце XVIII – начале XIX века к неизбежной абсолютизации классической механики.

Возникло  философское учение – механистический детерминизм, классическим представителем которого был Пьер Симон Лаплас (1749 – 1827), французский математик, физик и философ.

Лапласовский детерминизм выражает идею абсолютного детерминизма – уверенность в том, что все происходящее имеет причину в человеческом понятии и есть непознанная разумом необходимость. Суть его состоит в следующем: Мы должны рассматривать современное состояние Вселенной как результат ее предшествующего состояния и причину последующего.

Дальнейшее  развитие физики показало, что в  природе могут происходить процессы, причину которых трудно определить.

 Наука  при этом не перестала развиваться,  а обогатилась новыми законами, принципами и концепциями, которые  показывают ограниченность классического  принципа –

 лапласовского детерминизма.

 

Механистическая картина мира!

Лапласовский детерминизм

 

• Из однозначного характера закономерностей динамического типа вытекает представление о жесткой предопределенности (детерминированности) множества событий в природе.
• Долгое время считали, что если было бы возможно учесть  все взаимодействия всех элементов сколь угодно сложной системы, собрать и использовать всю информацию об их начальных условиях, то можно рассчитать состояние этой системы в будущем и тем самым исключить случайность в описании ее поведения.
• В широком смысле детерминизм проявляется как определенный образ мышления, корнями уходящий в механистическую картину мира.

• Результат развития классической механики - создание единой механистической картины мира, в рамкой которой все качественное многообразие мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющемся законам ньютоновской механики. Согласно механистической картине мира, если физическое явление мира можно было объяснить на основе законов механики, то такое объяснение признавалось научным.

 

• Механика Ньютона - основа механистической картины мира, до рубежа XIX и XX столетий. Динамический взгляд на мир стал основой теоретической физики. Ньютон проявлял осторожность в механических истолкованиях природных явлений, считал желательным выведение из начал механики многих явлений природы.
• Дальнейшее развитие физики стало осуществляться в направлении разработки аппарата механики применительно к решению конкретных задач, по мере решения которых механическая картина мира укреплялась.
• Новой реальности – микромиру места в механистической картине мира не было.
• В результате физика стала иметь дело с двумя реальностями – веществом и полем.
• Таким образом, две концепции – теория квантов и теория относительности – стали фундаментом для новых физических концепций.

Этап  классической физики характеризуется  крупными достижениями не только в  классической механике, но и в других отраслях: термодинамике, молекулярной физике, оптике, электричестве и  магнетизме.

 

Например:

• Установлены опытные газовые законы;
• Предложено уравнение кинетической теории газов;
• Сформулирован принцип равномерного распределения энергии по степеням свободы, первое и второе начала термодинамики;
• Открыты законы Кулона, Ома и электромагнитной индукции; Разработана электромагнитная теория;
• Явления интерференции, дифракции и поляризации света получили волновое истолкование ….

Принцип относительности

 

•         Механистический подход к описанию природы оказался необычайно плодотворным. Вслед за ньютоновской механикой были созданы гидродинамика, теория упругости, механическая теория тепла, молекулярно-кинетическая теория и целый ряд других.
•  Осуществлялись попытки объяснить оптические явления на основе волновой теории Х.Гюйгенса. Волновая теория устанавливала аналогию между распространением света и движением волн на поверхности воды или звуковых волн в воздухе. В ней предполагалось наличие упругой среды, заполняющей все пространство, - светоносного эфира. Распространение света рассматривалось как распространение колебаний эфира: каждая отдельная точка эфира колеблется в вертикальном направлении, а колебания всех точек создают картину волны, которая перемещается в пространстве от одного момента времени к другому. Исходя из волновой теории, Гюгенс успешно объяснил отражение и преломление света.

Электромагнитная картина мира. Физика полей

 

•  Магнети́зм — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. Орбитальные и спиновые магнитные моменты элементарных частиц, атомов и молекул, а в макроскопическом масштабе — электрический ток и постоянные магниты.
• Наряду с электричеством, магнетизм — одно из проявлений электромагнитного взаимодействия. Основной характеристикой магнитного поля является вектор индукции, совпадающий в вакууме с вектором напряженности магнитного поля.

 

• От близкодействия к бесконтактному дальнодействию

понятие поля

Физическое поле – особая форма материи, связывающая частицы (объекты) вещества в единые системы и передающая с конечной скоростью действие одних частиц на другие.

 

       

Фарадей (1791-1867)

 

Экспериментально доказал  существование электромагнитных полей.

Электромагнитные волны  делятся на несколько видов в  шкале колебаний .

Г. Герц

 

Количественные характеристики физического поля

Виды магнитов

 

• Постоянные магниты — наиболее привычный нам вид магнитов. Они постоянные в том смысле, что будучи однажды намагничены, эти магниты сохраняют некоторый уровень остаточной намагниченности.
• Временные магниты — это магниты, которые действуют как постоянные магниты только тогда, когда находятся в сильном магнитном поле, и теряют свой магнетизм, когда магнитное поле исчезает. В качестве примера можно привести скрепки и гвозди, или тот же шуруп изображенный на рисунке 2, а также другие изделия из «мягкого» железа.
• Электромагнит — это туго намотанные на каркас витки провода, обычно с железным сердечником, который действует как постоянный магнит только тогда, когда по проводу течет ток. Сила и полярность магнитного поля, создаваемого электромагнитом, обусловлены изменением величины и направления электрического тока, текущего по проводу.

 

Магнитные монополи

 

• У любого магнита есть два полюса — северный (отрицательный) и южный (положительный).
• Если разрезать магнит пополам, вы не получите отдельно южный и отдельно северный полюс — получите два магнита половинного размера, и у каждого снова окажется два полюса, ориентированные так же, как и у исходного магнита. Сколько ни повторять процесс деления магнитов, будете получать всё больше и больше двухполюсных магнитиков или - магнитных диполей. Однополярного магнита — положительного или отрицательного магнитного заряда или монополя, — не получить. В природе магнитных монополей НЕ существует.
• Этот факт сразу же подчеркивает удивительную асимметрию между магнетизмом и электричеством. Согласно закону Био—Савара, магнитные поля возбуждаются при движении электрических зарядов, а первый из законов электромагнитной индукции Фарадея показывает, что движение магнитов возбуждает электрические токи.

 

Опыт Ханса Эрстеда

 

• В 1820 году тоже с помощью магнитной стрелки (1) датский ученый Х.-К. Эрстед (2) обнаружил, что магнитное поле существует вокруг проводника, по которому течет электрический ток. Магнитные свойства тока проявляются сильнее, если проводник свернут в катушку и внутри нее помещен железный стержень. Катушка с железным сердечником называется электромагнитом. Она проявляет магнитные свойства только тогда, когда по ней течет ток. И теряет их, когда ток выключен. Это свойство используется во многих электрических приборах, например в электрических звонках (3).
• Исследования магнитных явлений помогают астрофизикам понять процессы, происходящие в околоземном космическом пространстве, на Солнце и звездах, в межпланетном, межзвездном пространстве.

 

 

1.

 

2.

 

3.

Магнитные линии

 

1.

 

Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных  линий.

Магнитные   линии  магнитного   поля  тока – это  линии, вдоль  которых  в  магнитном  поле  располагаются  оси  маленьких  магнитных  стрелок.

Это замкнутые  кривые,  охватывающие  проводник.

У прямого  проводника  с  током  - это  концентрические   расширяющиеся  окружности.

За  направление  магнитной  линии  принято   направление,  которое  указывает  северный  полюс  магнитной  стрелки  в  каждой  точке  поля.