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.