Границы применимости классической механики кратко

Обновлено: 06.07.2024

Классическая механика (иначе механика Ньютона) предопределило развитие физической науки, так как в ней были сформулированы количественные закономерности механического движения. В классической механике устанавливается способ описания движения материальных точек, что дает возможность теоретического объяснения механических явлений, встречающихся в природе.

Механика Ньютона покоится на прочном фундаменте экспериментальных фактов, однако все они относятся к медленным движениям макроскопических тел. Под медленными или нерелятивистскими движениями понимают движения, скорости которых очень малы по сравнению со скоростью света в вакууме с = 300 000 км/с . Движения, скорости которых приближаются к скорости света в вакууме, называют быстрыми или релятивистскими . В этом смысле движение спутника или космического корабля со скоростью υ = 8 км/с является еще очень медленным.

Теория относительности Эйнштейна предсказала, а опыт подтвердил это предсказание, что механика Ньютона не может быть применима к движениям частиц, скорости которых близки к скорости света в вакууме. На основе теории относительности была создана новая механика, применимая не только к медленным, но и к сколь угодно быстрым движениям. Она называется релятивистской механикой .

Согласно механике Ньютона скорость, до которой можно ускорить тело из состояния покоя, в принципе ничем не ограничена. По релятивистской механике значение скорости ускоряемого тела не может перейти через определенный предел, равный скорости света в вакууме с . В этом смысле скорость света с является предельной . Скорость тела не может ее достигнуть, но в принципе может подойти к ней сколь угодно близко.

Теория относительности установила границы применимости ньютоновской механики со стороны больших скоростей . Другое ограничение, и притом не только ньютоновской, но и релятивистской макроскопической механики, было получено в результате изучения микромира − мира атомов, молекул, электронов.

При изучении микромира физики сначала применяли понятия и законы, введенные и установленные для макроскопических тел. Электрон, например, рассматривался как твердый или деформируемый шарик, по объему которого как-то распределен электрический заряд. Считалось, что поведение электрона управляется теми же законами механики и электродинамики, которые были экспериментально установлены для макроскопических электрически заряженных тел. Считалось, что все понятия и законы макроскопической физики применимы и имеют смысл для тел сколь угодно малых размеров и для сколь угодно малых промежутков времени. Считалось, что для понимания явлений микромира не требуется новых понятий и законов, помимо тех, которыми располагает макроскопическая физика. Короче, микромир рассматривался просто как уменьшенная копия макромира. Такой подход к изучению явлений природы и теории, основанные на нем, называются классическими .

Опыты показали, что классический подход к изучению явлений микромира не применим, или точнее, его применимость к этому кругу явлений ограничена. Адекватное описание явлений микромира (применимое, конечно, также в каких-то пределах) дает квантовая механика , существенно отличающаяся от механики классической. Движение в микромире является более сложной формой движения, чем механическое перемещение тел в пространстве.

Таким образом, механика Ньютона имеет очень широкую и практически важную область применимости. В пределах этой области она никогда не утратит своего научного и практического значения. Отказываться от механики Ньютона надо лишь вне области ее применимости, когда она приводит либо к неверным, либо к недостаточно точным результатам. Такова, например, задача о движении заряженных частиц в ускорителях, где надо пользоваться релятивистской механикой. Таковы задачи о движении электронов в атомах, которые надо решать с помощью квантовой механики.

В классической механике состояние движения частицы в любой момент времени характеризуется положением (координатой х при одномерном движении) и скоростью υ . Вместо скорости можно пользоваться также импульсом , т. е. величиной p =m υ , равной произ ведению массы частицы m на ее скорость). Образом частицы является геометрическая точка, описывающая с течением времени непрерывную траекторию. В квантовой механике показано, что такой способ описания движения имеет принципиальные границы применимости.

Согласно квантовой механике состояние частицы в каждый момент времени нельзя характеризовать точными значениями ее координаты и импульса в этот момент времени. Если в каком-либо состоянии координата известна с неопределенностью δх , а импульс − с неопределенностью δр , то обе эти величины одновременно не могут быть сделаны сколь угодно малыми. Они связаны соотношением

где h − универсальная постоянная, называемая постоянной Планка в честь немецкого физика-теоретика Макса Планка (1858−1947).

Соотношение (7.1.1) называется принципом неопределенностей Гайзенберга по имени немецкого физика-теоретика Вернера Гайзенберга (1901−1976). Это соотношение определяет принципиальный предел точности одновременного измерения координаты и импульса частицы, который не может быть превзойден никаким усовершенствованием приборов и методов измерения. Дело здесь не в ошибках измерений. Такова природа реальных частиц, что мгновенные состояния их движения не могут быть охарактеризованы классически − точными значениями координат и импульсов. Частицы ведут себя более сложно, чем материальные точки классической механики. Классическая картина движения по непрерывным траекториям лишь приближенно соответствует законам природы. Границы ее применимости определяются соотношением неопределенностей (7.1.1). Из него следует, что мгновенное состояние движения частицы нельзя также характеризовать абсолютно точными значениями координаты и скорости. Неопределенности этих величин должны удовлетворять условию

Таким образом, применимость классической механики имеет следующие границы:

1) классическая механика применима для описания механических систем, в которых скорость составляющих ее объектов намного меньше скорости света (υ ;

2) классическая механика применима для описания только тех объектов, для которых динамические величины с размерностью действия намного больше постоянной Планка.

7.2. Постулаты Эйнштейна

В основе специальной теории относительности А. Эйнштейна лежат два постулата , смысл которых можно выразить так:

1. При одинаковых условиях, реализованных по отдельности в двух системах отсчета некоторой инерциальной системы К (I) и системы К' (II) , движущейся равномерно и прямолинейно относительно системы I любые физические процессы в этих системах отсчета протекают одинаково, а описывающие их математические соотношения не изменяют своего вида при переходе из одной системы в другую. Этот постулат является обобщением механического принципа относительности Галилея на все без исключения физические явления.

2. В природе существует предельная (максимальная) скорость распространения физических сигналов (взаимодействий), одна и та же во всех инерциальных системах отсчета. Эта максимальная скорость совпадает со скоростью света в вакууме, она не зависит от движения источника и приемника света и равна с = 300 000 км/с.

Из первого принципа следует: если для данной задачи (некоторого класса задач) найдена инерциальная система отсчета I , то для этой задачи существует и бесчисленное множество инерциальных систем типа II , движущихся равномерно прямолинейно относительно I . Скорости всех систем II меньше с . Системы отсчета необходимо связывать с телами, а скорости тел не могут равняться или превосходить максимальную скорость света в вакууме, равную с . Скорости тел строго меньше максимальной.

Развитие науки показало, что оба принципа Эйнштейна подтверждаются всей совокупностью экспериментальных и теоретических знаний современной физики.

7.3. Преобразования Лоренца

Любой физический процесс − это последовательность событий. Событие определяется местом (координатами), где оно произошло, и моментом времени, когда оно произошло.

Пусть координаты некоторого события в системе отсчета I равны х , у , z , а в системе II они х' , у' , z' (рис. 7.2.1). Установим связь между ними, исходя из принципов Эйнштейна, которая должна быть линейной, т. к. закон инерции подтверждается при всех скоростях, вплоть до максимальной скорости с (движение по прямой линии в системе I остается таковым и в системе II ). Поэтому форма связи должна быть следующей:

Множитель α в обеих формулах один и тот же, т. к. системы I и II совершенно равноправны. Формулы (7.3.1) относятся к любым событиям, а множитель α можно определить, рассматривая какое-либо частное событие. Для определения α , рассмотрим распространение света в направлении оси абсцисс от начала координат приход света в точку х₁ в момент t₁ (в системе I ), что также означает приход его в точку $$x^,_1$$ в момент $$t^,_1$$ (в системе II ).

В соответствии со вторым принципом Эйнштейна, путь света в системе I и II равен

и два равенства должны выполняться на основе формул (7.3.1)

Если два равенства (7.3.3) перемножить $$x_1x^,_1$$ и заменить на основании (7.3.2) через $$c^2t_1t^,_1$$ , то, после сокращения на $$t_1t^,_1$$ , получим $$c^2=α^2(c^2-υ^2)$$ , откуда

Подставляя найденное значение α в формулы (7.3.1), получим

Из второй формулы (7.3.5) легко определить t' (после подстановки x' ). Тогда окончательно имеем

Такова связь между координатами (включая время) одного и того же события в двух инерциальных системах отсчета I и II (штрихованная система I движется относительной не штрихованной II со скоростью υ в направлении оси х ).

Не составляет труда преобразовать формулы (7.3.6) к виду

что означает, что относительно системы K′ система K движется в отрицательном направлении оси x′ с той же самой скоростью υ .

Формулы (7.3.6) известны в науке как прямые преобразования Лоренца , а формулы (7.3.7) обратные преобразования Лоренца . Вся физическая теория (механика, электродинамика и др.) подлежала после их открытия такой перестройке, чтобы связи (7.3.6) и (7.3.7) были учтены. Это было осуществлено в специальной теории относительности (сначала в электродинамике Эйнштейном; позже – в механике).

7.4. Следствия из преобразований Лоренца

1) Относительность одновременности . Одновременность пространственно разделенных событий относительна. По определению, два события, которые происходят в разных точках $$х_1$$ и $$x_2$$ системы К , являются одновременными, если они происходят в один и тот же момент времени $$t_1=t_2(Δt=0)$$ по часам, расположенным в этих точках. При этом предполагается, что часы синхронизированы согласно определению Эйнштейна. В системе К' эти же события произойдут в точках с координатами $$x^,_1$$ и $$x^′_2$$ в моменты времени $$t^′_1$$ и $$t^,_2$$ . Использовав преобразования Лоренца, покажем, что события, одновременные в системе К , в системе К' будут происходить в разные моменты времени. Воспользуемся преобразованиями Лоренца (7.3.6)

Поэтому наблюдатели в системе К′ зафиксируют эти события как неодновременные $$t^,_1≠t^,_2$$ . Справедливо и обратное утверждение − события, одновременные в ИСО К′ , не одновременны в ИСО К . Это явление известно как относительность одновременности и возникает из-за ограниченности скорости распространения взаимодействий.

2) Сокращение длины движущихся тел . Длиной движущегося тела в некоторой системе отсчета, по определению, называется расстояние между двумя точками этой системы координат, с которыми совпадают начало и конец тела в один и тот же момент времени по часам, расположенным в этих же точках используемой системы (рис. 7.4.1). Это значит, что $$l=x_2-x_1$$ , если $$t_2=t_1$$ . В собственной системе отсчета $$K′$$ , в которой рассматриваемый объект покоится, собственная длина тела, $$l_0=x^,_2-x^,_1$$ . Воспользуемся преобразованиями Лоренца (7.3.6).

Соответственно, длина l линейки, измеренная в ИСО К , всегда меньше $$l_0$$ − так называемой собственной длины, измеренной в системе покоя линейки К′ . Это явление называется релятивистским сокращением длин и помимо данного кинематического рассмотрения может быть выведено также и динамически из изменения сил, действующих между частицами вещества при его движении.

3) Интервал времени между двумя событиями . Собственным временем $$τ_0$$ называется интервал времени между двумя событиями, которые произошли в одной и той же точке собственной системы: отсчета, связанной с движущимся со скоростью υ объектом. Это значит, что в системе К' время $$τ_0=t^,_2=t^,_1$$ определяется при условии, что $$x^,_2=x^,_1$$ , т. е. события происходя в одной и той же точке системы К' , которая движется равномерно и прямолинейно с скоростью υ . С учетом сказанного из преобразования Лоренца следует

7.5. Теорема сложения скоростей в СТО

Формула преобразования скоростей в СТО устанавливает связь между проекциями скорости точки в двух произвольных инерциальных системах отсчета. Пусть в системах отсчета К и К' движение материальной точки определяется координатным способом

Тогда проекции скорости

Воспользуемся преобразованиями Лоренца (7.3.7) и продифференцируем

Выражения (7.5.4−7.5.6) являются формулами преобразования скоростей при переходе от одной системы отсчета в другую ( релятивистский закон сложения скоростей ).

Если аналогичные действия проделать с обратными преобразованиями Лоренца в форме (7.3.6), то получим выражение для скоростей в системе К′ через скорости в системе К .

Презентация по теме "Элементы релятивистской механики (часть 1)"

В классической механике Ньютона, как казалось Ньютону, можно построить всевозможные материальные объекты и, таким образом, дать теоретическое объяснение любых механических явлений, встречающихся в природе. В основу классической механики были положены следующие постулаты:

1) Для инерциальных систем отсчета справедлив принцип относительности Галилея, согласно которому все механические процессы протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета. Из этого следует равномерное прямолинейное движение центра масс любой системы материальных объектов.

2) Пространство классической механики является однородным и изотропным. Из этого следуют законы сохранения импульса и момента импульса.

3) Независимость хода времени от материальных тел, находящихся в пространстве, ведет к однородности времени, а следовательно, и к закону сохранения энергии.

4) Физическое пространство и время существуют сами по себе и не зависят от материальных тел, которые находятся в пространстве.

5) Взаимодействие между любыми физическими объектами, находящимися на произвольном расстоянии друг от друга, осуществляется мгновенно (силы взаимодействия зависят от положений материальных точек в этот же момент времени). Это означает, что скорость передачи взаимодействия в механике Ньютона считается бесконечно большой.

6) Масса материальной точки, которая фигурирует в выражении для второго закона Ньютона, не зависит от скорости ее движения.

7) Все кинематические и динамические переменные (координаты, проекции импульса, момента импульса и т.д.) можно измерить в принципе сколь угодно точно. Следствием этого является возможность характеризовать движение любой материальной частицы с помощью понятия траектории.

Однако постепенно выявилась ограниченность приведенных постулатов и соответственно всего здания классической механики. Практически оказалось, что все вышеприведенные пункты тем или иным способом могут нарушаться. КУ

Замечание. В общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна силы инерции получают свою реальность, в т.ч. и как гравитационные силы.

При произвольном движении неинерциальной системы относительно инерциальной системы первый закон Ньютона (закон инерции) в этой системе не имеет места – свободные тела в ней будут с течением времени менять свою скорость движения. Второй закон Ньютона также необходимо модифицировать с учетом сил инерции. Третий закон Ньютона будет верен локально (или контактно), для разнесенных в пространстве взаимодействующих тел ее применение будет усложнено или даже невозможно в связи с усложнением определения прямой линии между объектами взаимодействия.

Термодинамика – еще одна область, в которой классическая механика терпит неудачу. Оно связано с тем, что невозможно абсолютно точно определить состояние системы с большим количеством (в пределе – континуумом) степеней свободы в произвольный момент прошлого и будущего. Согласно классической доктрине, состояние системы полностью определено начальными условиями. Но в сложных системах невозможно абсолютно точно описать текущее состояние большого числа объектов и предсказать состояние каждого элементарного объекта в произвольный момент будущего. Здесь для этого имеются как субъективные, так и объективные причины. Согласно законам термодинамики, состояние больших сложных систем в будущем определено только статистически: система стремится перейти в состояние с максимальной энтропией с некоторыми средними значениями параметров.

Описание движения волновых процессов – здесь законы Ньютона также терпят неудачу. Несмотря на то, что описать сам процесс волнового движения и рассчитать ее параметры возможно в рамках механики Ньютона, изучая процесс распространения возмущения в сплошной среде, окончательное уравнение волнового движения оказывается не ковариантным относительно галилеевых преобразований координат. В это уравнение явно войдет скорость движения фоновой сплошной среды, в котором распространяется волна, или необходимо рассматривать волновое движение в АИСО среды.. Например, скорость распространения возмущения c ', т.е. фронта волны, в с.о., движущейся относительно среды, будет равна c ' = c - v , где v – скорость с.о., а эта скорость явно входит в волновое уравнение

К тому же эта скорость не изотропна. Получается, что для каждого направления распространения должно писаться отдельное волновое уравнение. Сплошная среда нарушает принцип эквивалентности ИСО.

Другое открытие, пошатнувшее устои классической механики, было создание теории электромагнитного поля . Классическая механика пыталась свести все явления природы к силам, действующим между частицами вещества, – на этом основывалась концепция электрических жидкостей. В рамках этой концепции реальными были лишь субстанция и ее изменения – здесь важнейшим признавалось описание действия двух электрических зарядов с помощью относящихся к ним понятий. Описание же поля между этими зарядами, а не самих зарядов было весьма существенным для понимания действия зарядов. Вот простой пример нарушения третьего закона Ньютона в таких условиях: если заряженная частица удаляется от проводника, по которому течет ток, и соответственно вокруг него создано магнитное поле, то результирующая сила, действующая со стороны заряженной частицы на проводник с током в точности равна нулю.

Созданной новой реальности места в механической картине мира не было. В результате физика стала иметь дело с двумя реальностями – веществом и полем. Если классическая физика строилась на понятии вещества, то с выявлением новой реальности физическую картину мира приходилось пересматривать. Попытки объяснить электромагнитные явления с помощью эфира оказалось несостоятельными. Несмотря на то, что моделью при создании теории электромагнитного поля был именно "некий эфир". Эфир экспериментально обнаружить не удалось. Точнее, эфир оказался просто ненужным для объяснения линейной теории электромагнитных явлений. Это привело к созданию теории относительности, заставившей пересмотреть представления о пространстве и времени, характерные для классической физики.

Вследствие развития физики в начале XX века еще более сузилась область применения классической механики: ее законы (КМН) выполняются для движений, скорость которых много меньше скорости света . Было установлено, что с ростом скорости масса тела возрастает. При последовательном рассмотрении этого факта оказалось, что и свойства пространства-времени-материи становятся не классическими взаимно независимыми, а тесно связанными. Эта связь усматривается в специальной и общей теории относительности, открытыми Альбертом Эйнштейном.

Следующее несоответствие в классической механике связано с открытием микромира. В классической механике перемещения в пространстве и определение скорости изучались вне зависимости от того, каким образом эти перемещения реализовывались. Применительно к явлениям микромира подобная ситуация, как выяснилось, невозможна принципиально. Здесь пространственно-временная локализация, лежащая в основе кинематики, возможна лишь для некоторых частных случаев, которые зависят от конкретных динамических условий движения. В макромасштабах использование кинематики вполне допустимо. Для микромасштабов, где главная роль принадлежит квантам, кинематика, изучающая движение вне зависимости от динамических условий, теряет смысл.

Для масштабов микромира и второй закон Ньютона оказался несостоятельным – он справедлив лишь для явлений большого масштаба. Выяснилось, что попытки измерить какую-либо величину, характеризующую изучаемую систему, влечет за собой неконтролируемое изменение других величин, характеризующих данную систему: если предпринимается попытка установить положение в пространстве и времени, то это приводит к неконтролируемому изменению соответствующей сопряженной величины, которая определяет динамическое состояние системы. Так, невозможно точно измерить в одно и то же время две взаимно сопряженные величины. Чем точнее определяется значение одной величины, характеризующей систему, тем более неопределенным оказывается значение сопряженной ей величины. Это обстоятельство повлекло за собой существенное изменение взглядов на понимание природы вещей.

Более общей наукой, описывающей такие движения, является квантовая механика , согласно которой неопределенность в знании значений координат и импульса определяется соотношением неопределенности Гейзенберга

Несоответствие в классической механике исходило из того, что будущее в известном смысле полностью содержится в настоящем – этим и определяется возможность точного предвидения поведения системы в любой будущий момент времени . Такая возможность предлагает одновременное определение взаимно сопряженных величин. В области микромира это оказалось невозможным, что и вносит существенные изменения в понимание возможностей предвидения и взаимосвязи явлений природы: раз значение величин, характеризующих состояние системы в определенный момент времени, можно установить лишь с долей неопределенности, то исключается возможность точного предсказания значений этих величин в последующие моменты времени, т.е. можно лишь предсказать вероятность получения тех или иных величин.

Таким образом, две концепции – теория относительности и теория квантов – стали фундаментом для новых физических концепций.

Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите "Искать в . ", далее - "Yandex". Если это текстовая ссылка – выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите "перейти …". Все! О-ля-ля!

Если вам понравилась статья, то поставьте "лайк" и подпишитесь на канал! Если не понравилась – все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу.

В основе классической механики лежат три закона Ньютона, сформулированные им в 1687 (. ) году. Эти законы явились результатом обобщения большого количества экспериментальных фактов, и их справедливость подтверждается согласием следствий из них опытным данным для очень широкого, хотя и ограниченного, круга явлений.

Однако в начале ХХ века было установлено, что движение тел при скоростях, сравнимых со скоростью света в вакууме – с, подчиняется иным законам – законам релятивистской динамики. Релятивистская динамика основывается на специальной теории относительности Эйнштейна.При этом при малых скоростях законы релятивистской динамики практически совпадают с уравнениями классической механики в соответствии с принципом дополнительности в физике. Принцип дополнительности заключается в утверждении о том, что всякая новая теория в качестве некоего своего предельного случая включат в себя законы предыдущей теории.

Похожая ситуация сложилась при описании движения микрообъектов – частиц, сравнимых по массе с массой атома. Разработанная для описания таких объектов квантовая механика, для тел с большой массой дает такие же результаты, как классическая механика.

Таким образом, можно сказать, что классическая механика – это механика тел с массой намного больше масс атомов, движущихся со скоростями намного меньше скорости света в вакууме.

ЗАКОНЫ НЬЮТОНА

Первый закон утверждает: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения (говорят также, сохраняет состояние своего движения) до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

Этот закон выполняется не во всех системах отсчета. Действительно: что если есть две системы отсчета, движущиеся друг относительно друга с ускорением, то первый закон не может одновременно выполняться в обеих системах отсчета.

Системы отсчета, в которых первый закон выполняется, называются инерциальными.

Экспериментально с очень высокой точностью установлено, что инерциальной является гелиоцентрическая система отсчета. (Гелиоцентрической называется система отсчета, начало координат которой расположено в центре солнца, а оси координат направлены на соответствующим образом выбранные звезды.) Можно доказать, что если некоторая система отсчета движется относительно инерциальной равномерно и прямолинейно, то она также является инерциальной.

Общеизвестно, что все тела препятствуют попыткам изменить состояние их движения, тело изменяет свою скорость движения только в том случае, если к нему приложена некоторая сила. Об этом свойстве тел говорят, что все тела обладают определенной инертностью. Количественной мерой инертности является массатела.

Если материальная точка с массой движется со скоростью , то по определению она обладает импульсом

Всякое протяженное тело можно представить в виде совокупности материальных точек с массами , движущимися со скоростями . Импульсом такого тела называется величина

Второй закон Ньютона утверждает, что скорость изменения импульса тела равна действующей на тело силе:

Уравнение (1.3) называется уравнением движения тела.Учитывая важность этого уравнения, его часто называют такжеосновным уравнением динамики.

Известно, что в школьном курсе физике второй закон Ньютона формулируется несколько иначе – ускорение тела пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально его массе:

Возникает вопрос – какая из формулировок правильней? Обе справедливы! Но более общей является формулировка, выражаемая формулой (1.3). Действительно, подставим в уравнение (1.3) выражение для импульса (1.1):

В частном случае, когда масса тела считается постоянной, ,в уравнении (1.5) масса выходит из под знака производной и получаем:

т.е. соотношение абсолютно эквивалентное формуле (1.4). Поэтому будем считать, что второму закону Ньютона соответствует уравнение (1.3). Правда в большинстве практических случаев масса тел может считаться постоянной, и с полным правом можно использовать традиционную формулировку – (1.4) или (1.6).

Третий закон Ньютона утверждает, что всякое действие одного тела на другое имеет характер взаимодействия и силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела равны по величине и противоположны по направлению:

Как и большинство законов физики, этот закон имеет ограниченную область применения: третий закон всегда выполняется при контактных взаимодействиях тел, а также при взаимодействии на расстоянии покоящихся тел. Если взаимодействующие на расстоянии тела движутся друг относительно друга, то третий закон может нарушаться. Такое, в частности, возможно при взаимодействии заряженных тел.

Традиционная механика, которая получила наименование механики Ньютона, предоставляет хорошие показатели закономерностей механического перемещения. Традиционная механика представляет во многофункциональном виде передвижение всех физических тел. Из данных физических тел в эпоху Ньютона возможно было выстроить любые всевозможные физические объекты практически во всей Вселенной.

Так незамысловато преподносилось теоретическая формулировка различных механических процессов в мире. Данные закономерности были описаны в некотором количестве ключевых трудов того времени, и по нынешнее время большинство из данных законов и трудов являются актуальными.

Традиционная механика держится на прочном основании опытных экспериментов, но данные эксперименты имеют отношение к медленным перемещениям макроскопических объектов. Под медленным и нерелятивистскими перемещениями понимают движения, скорости которых довольно невелики в сравнении со скоростью света в вакууме. Скорость света в вакууме составляет 299 792 458 метров в секунду. Перемещения, скорости которых близки к скорости света в вакууме, именуют быстрыми либо релятивистскими.

В этом отношении движение спутника либо космического корабля со скоростью 8 километров в секунду считается еще довольно медленным. Традиционная механика не обладает возможностью применения к перемещению элементарных частиц, скорость которых близка к скорости света в вакууме. На основании теории относительности была создана новая механика, которая применима не исключительно к медленным, но и к сколь угодно быстрым перемещениям. И она получила наименование релятивистской механики.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Постулаты традиционной механики

Постулаты традиционной механики возможно озвучить следующим образом:

Пространство и время пребывают в раздельном состоянии друг от друга. Они не зависимы от физических объектов, находящихся в материальном мире.
Пространство возможно описать как однородный и изотропный процесс.
Определяются законы импульса и момента импульса.
Процесс течения времени находится вне зависимости от физических объектов, находящихся в пространственном мире.
Данное приводит к однородности времени. Таким образом описывается закон сбережения энергии.

Опыт показывает, что предположения (постулаты) об абсолютности пространства и времени считаются справедливыми до тех пор, пока скорости объектов относительно малы в сравнении со скоростью света в вакууме. При переходе к скоростям, которые сравнимы со скоростью света, характер движения объектов преобразовывается.

События, одновременные в одной системе координат, могут оказаться неодновременными в иной системе координат. Понятие одновременности событий считается относительным. Аналогично, размеры, перемещающиеся с большими скоростями объектов, изменяются при переходе от одной системы координат к другой.

В инерциальных системах координат работают другие принципы. Для данных процессов является справедливым применение принципа относительности, который описан Галилеем. В соответствии с концепциями Галилея, разнообразные механические явления могут осуществляться в каждой инерциальной системе координат с идентичной точностью. В данный временной промежуток будут функционировать силы взаимного воздействия. Данные силы находятся в зависимости от расположения каждого физического объекта в пространстве и во времени.

Следовательно, явление взаимного воздействия меж различными телами материального мира будет осуществляться очень быстро, в то же время тела располагаются на случайном расстоянии меж собой. В традиционной механике функционирует большая скорость распределения взаимного воздействия.

Второй закон Ньютона предвидит присутствие массы физического объекта, однако данная масса не находится в зависимости от параметров скорости собственного перемещения. Все определения в соответствии с предоставленными положениями и законами традиционной механики возможно осуществить со значительной точностью. Это относится прежде всего к данным динамических и кинетических переменных.

Эти переменные описываются в виде координат, момента импульса, в том числе, проекции импульса. Из чего следует, что возможно квалифицировать перемещение каждого физического элемента, для чего предложен термин траектории. Траектория определяется при расчете вышеуказанных переменных.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Разногласия с электромагнетизмом

Через определенный временной промежуток данные устойчивые законы очутились под опасным состояние по причине установления некоторых ограничительных условий. Полностью вся часть традиционной механики Ньютона перенес конкретные ограничения по причине экспериментальных исследований, а также научных работ и статей, которые были написаны основателями теории электромагнетизма. Патриархами электромагнетизма стали известный шотландский физик, математик и механик Джеймс Клерк Максвелл, а также знаменитый английский физик-экспериментатор и химик Майкл Фарадей.

У этих ученых получилось провести исследования экспериментальным путем разнообразных электромагнитных процессов. Они произвели разработку собственных правил, которые полностью применимы к данным процессам, а также отдалили основы традиционной механики. С позиции явления электромагнетизма, присутствует другой нематериальное основание каждого происходящего явления с материальными объектами.

Открытое электромагнитное поле возникло в качестве новейшей исследуемой материи, на которую нанизывается фундамент новейшей части физики. Они не смогли полностью повиноваться раньше напечатанным работам Исаака Ньютона о материальном основании механической физики. В начале XX столетия произведены довольно тщательные исследования в сфере измерения ключевых значений времени и пространства.

С высокой достоверностью и правильностью определена скорость света. И установлено, что скорость света обладает собственным окончательным значением, которое не имеет возможности изменения. Данное указывает, что все тела в материальном мире обладают максимальной скоростью перемещения, поскольку свет является основанием передачи всех сигналов и взаимных воздействий из одного пространственного места в иное.

Это в резкой форме составляло контраст с положениями Галилея, а также с его понятием относительности. Традиционный закон суммирования скоростей опытным путем был аннулирован. В данный временной промежуток началось зарождение нового направления в физике, получившего наименование релятивистской механики.

В дальнейшем проявились еще некоторые разногласия. Материальное пространство в реальности обладает свойствами кривизны. Оно устанавливается положением масс в пространстве. Данное получилось подтвердить в момент солнечного затмения, когда осуществлялись измерения параметров отклонения лучей света, которые проходили от других звездных образований и направлялись прямолинейным образом поблизости Солнца.

Использование квантовой механики

Во время разработки планетарной модели элементарной частицы – атома шотландский врач, химик, физик и ботаник Даниель Резерфорд отыскал еще одно противоречие с традиционной теорией механики. Традиционная физика прошлых веков не подозревала о вопросах стабильности атома. Данный вопрос получилось разрешить лишь в средине XX столетия, когда формулировались новейшие теории в пределах квантовой механики.

В то время для объемной формулировки исследуемых явлений вынуждены были включить значение с размерностью действия. Данное значение выступила в качестве отсутствующего условия применимости для формулирования материальных процессов в традиционном образе ньютоновской механики. Изменение действия приравнивалось произведению энергии на прирост времени, и произведению импульса на прирост координаты. Данное свойственное изменение действия считалось сравнимо с константой Планка. Это изменение могло обладать и меньшие параметры. Для данных ситуаций традиционная механика в дальнейшем не подходила. Для формулировки и исследования материальных процессов началось использование теории квантовой механики. Теорию квантовой механики применяют и сегодня. Со временем ученым посчастливилось открыть некоторое количество ключевых пределов применения законов традиционной ньютоновской механики:

Читайте также: