Принципи на класическата механика. Класическа механика Понятия на класическата механика

Вижте също: Портал: Физика

класическа механика- вид механика (част от физиката, която изучава законите за промяна на положението на телата в пространството във времето и причините, които го причиняват), основана на законите на Нютон и принципа на относителността на Галилей. Поради това често се нарича Нютонова механика».

Класическата механика се подразделя на:

статика (която разглежда равновесието на телата)
кинематика (която изучава геометричните свойства на движението, без да отчита причините за него)
динамика (която разглежда движението на телата).

Има няколко еквивалентни начина за формално математическо описание на класическата механика:

Лагранжов формализъм
Хамилтонов формализъм

Класическата механика дава много точни резултати, ако приложението й е ограничено до тела, чиито скорости са много по-малки от скоростта на светлината и чиито размери са много по-големи от размерите на атомите и молекулите. Обобщение на класическата механика за тела, движещи се с произволна скорост, е релативистката механика, а за тела, чиито размери са сравними с атомните - квантовата механика. Квантовата теория на полето разглежда квантовите релативистични ефекти.

Въпреки това класическата механика запазва своята стойност, защото:

тя е много по-лесна за разбиране и използване от други теории
в широк диапазон, доста добре описва реалността.

Класическата механика може да се използва за описание на движението на обекти като върхове и бейзболни топки, много астрономически обекти (като планети и галактики) и понякога дори много микроскопични обекти като молекули.

Класическата механика е самосъгласувана теория, тоест в нейната рамка няма твърдения, които си противоречат. Въпреки това, комбинацията му с други класически теории, като класическата електродинамика и термодинамика, води до неразрешими противоречия. По-специално, класическата електродинамика предвижда, че скоростта на светлината е постоянна за всички наблюдатели, което е в противоречие с класическата механика. В началото на 20 век това доведе до необходимостта от създаване на специална теория на относителността. Когато се разглежда заедно с термодинамиката, класическата механика води до парадокса на Гибс, при който е невъзможно да се определи точно количеството ентропия, и до ултравиолетовата катастрофа, при която черното тяло трябва да излъчва безкрайно количество енергия. Опитите за решаване на тези проблеми доведоха до появата и развитието на квантовата механика.

Основни понятия

Класическата механика оперира с няколко основни концепции и модела. Сред тях трябва да се подчертае:

Основни закони

Принципът на относителността на Галилей

Основният принцип, на който се основава класическата механика, е принципът на относителността, формулиран въз основа на емпирични наблюдения от Г. Галилей. Съгласно този принцип има безкрайно много отправни системи, в които свободното тяло е в покой или се движи с постоянна скорост по абсолютна стойност и посока. Тези референтни системи се наричат инерционни и се движат една спрямо друга равномерно и праволинейно. Във всички инерционни отправни системи свойствата на пространството и времето са еднакви и всички процеси в механичните системи се подчиняват на едни и същи закони. Този принцип може да се формулира и като липса на абсолютни референтни системи, т.е. референтни системи, които по някакъв начин се отличават спрямо другите.

Законите на Нютон

Трите закона на Нютон са в основата на класическата механика.

Вторият закон на Нютон не е достатъчен, за да опише движението на една частица. Освен това е необходимо описание на силата, получено от разглеждане на същността на физическото взаимодействие, в което участва тялото.

Закон за запазване на енергията

Законът за запазване на енергията е следствие от законите на Нютон за затворени консервативни системи, тоест системи, в които действат само консервативни сили. От по-фундаментална гледна точка съществува връзка между закона за запазване на енергията и хомогенността на времето, изразена от теоремата на Ньотер.

Отвъд приложимостта на законите на Нютон

Класическата механика също включва описания на сложните движения на разширени неточкови обекти. Законите на Ойлер осигуряват разширение на законите на Нютон в тази област. Концепцията за ъглов импулс разчита на същите математически методи, използвани за описване на едномерно движение.

Уравненията на движението на ракетата разширяват концепцията за скорост, когато импулсът на даден обект се променя с течение на времето, за да отчете такива ефекти като загуба на маса. Има две важни алтернативни формулировки на класическата механика: механика на Лагранж и механика на Хамилтон. Тези и други съвременни формулировки са склонни да заобикалят концепцията за "сила" и да наблягат на други физически величини, като енергия или действие, за да опишат механичните системи.

Горните изрази за импулс и кинетична енергиявалидно само ако няма значителен електромагнитен принос. В електромагнетизма вторият закон на Нютон за проводник, по който протича ток, е нарушен, ако не включва приноса на електромагнитното поле към импулса на системата, изразен чрез вектора на Пойнтинг, разделен на ° С 2, където ° Се скоростта на светлината в свободното пространство.

История

древни времена

Класическата механика възниква в древността главно във връзка с проблемите, възникнали по време на строителството. Първият от разработените раздели на механиката е статиката, чиито основи са положени в трудовете на Архимед през 3 век пр.н.е. д. Той формулира правилото на лоста, теоремата за събирането на успоредни сили, въвежда понятието център на тежестта, полага основите на хидростатиката (силата на Архимед).

Средна възраст

ново време

17-ти век

18-ти век

19 век

През 19 век развитието на аналитичната механика се осъществява в трудовете на Остроградски, Хамилтън, Якоби, Херц и др.. В теорията на вибрациите Рут, Жуковски и Ляпунов развиват теория за устойчивостта на механичните системи. Кориолис развива теорията за относителното движение чрез доказване на теоремата за ускорението. През втората половина на 19 век кинематиката е отделена в отделен раздел на механиката.

Особено значим през 19 век е напредъкът в механиката на непрекъснатите среди. Навие и Коши формулират уравненията на теорията на еластичността в общ вид. В трудовете на Navier и Stokes са получени диференциални уравнения на хидродинамиката, като се вземе предвид вискозитета на течността. Заедно с това има задълбочаване на знанията в областта на хидродинамиката на идеална течност: появяват се трудовете на Хелмхолц за вихрите, Кирхоф, Жуковски и Рейнолдс за турбулентността и Прандтл за граничните ефекти. Saint-Venant разработи математически модел, описващ пластичните свойства на металите.

Най-новото време

През 20 век интересът на изследователите се пренасочва към нелинейни ефекти в областта на класическата механика. Ляпунов и Анри Поанкаре полагат основите на теорията на нелинейните трептения. Мешчерски и Циолковски анализират динамиката на тела с променлива маса. Аеродинамиката се отличава от механиката на континуума, чиито основи са разработени от Жуковски. В средата на 20-ти век активно се развива ново направление в класическата механика - теорията на хаоса. Въпросите за устойчивостта на сложните динамични системи също остават важни.

Ограничения на класическата механика

Класическата механика дава точни резултати за системите, в които се срещаме Ежедневието. Но нейните прогнози стават неправилни за системи, доближаващи скоростта на светлината, където тя е заменена от релативистка механика, или за много малки системи, където се прилагат законите на квантовата механика. За системи, които съчетават и двете от тези свойства, се използва релативистка квантова теория на полето вместо класическата механика. За системи с много голям брой компоненти, или степени на свобода, класическата механика също не може да бъде адекватна, но се използват методи на статистическата механика.

Класическата механика е широко използвана, защото, първо, тя е много по-проста и лесна за прилагане от теориите, изброени по-горе, и, второ, има големи възможности за приближаване и приложение за много широк клас физически обекти, като се започне от обичайните, като като въртящ се връх или топка, до големи астрономически обекти (планети, галактики) и много микроскопични (органични молекули).

Въпреки че класическата механика като цяло е съвместима с други „класически“ теории като класическата електродинамика и термодинамика, има някои несъответствия между тези теории, открити в края на 19 век. Те могат да бъдат решени с методи на по-съвременна физика. По-специално, уравненията на класическата електродинамика не са инвариантни спрямо Галилееви трансформации. Скоростта на светлината влиза в тях като константа, което означава, че класическата електродинамика и класическата механика могат да бъдат съвместими само в една избрана отправна система, свързана с етера. Експерименталната проверка обаче не разкри съществуването на етера, което доведе до създаването на специална теория на относителността, в която уравненията на механиката бяха модифицирани. Принципите на класическата механика също са несъвместими с някои от твърденията на класическата термодинамика, което води до парадокса на Гибс, според който е невъзможно да се определи точно ентропията, и до ултравиолетовата катастрофа, при която черното тяло трябва да излъчва безкрайно много на енергия. За да се преодолеят тези несъвместимости, е създадена квантовата механика.

Бележки

Интернет връзки

Видео лекция 1. Физика: Класическа механика (есен 1999)// Масачузетски лекции Технологичен институт: 8.01

Литература

Арнолд V.I. Авец А.Ергодични проблеми на класическата механика.- РХД, 1999.- 284 с.
Б. М. Яворски, А. А. Детлаф.Физика за гимназисти и постъпващи в университети. - М .: Академия, 2008. - 720 с. -( висше образование). - 34 000 бр. - ISBN 5-7695-1040-4
Сивухин Д.В. Общ курсфизика. - 5-то издание, стереотипно. - М .: Физматлит, 2006. - T. I. Механика. - 560 стр. - ISBN 5-9221-0715-1
А. Н. МАТВЕЕВМеханика и теория на относителността. - 3-то изд. - М .: ONYX 21 век: Светът и образованието, 2003. - 432 с. - 5000 бр. - ISBN 5-329-00742-9
C. Kittel, W. Knight, M. RudermanМеханика. Курс по физика в Бъркли. - М .: Lan, 2005. - 480 с. - (Учебници за ВУЗ). - 2000 бр. - ISBN 5-8114-0644-4

Определение 1

Класическата механика е подраздел на физиката, който изучава движението на физическите тела въз основа на законите на Нютон.

Основните понятия на класическата механика са:

маса - определя се като основна мярка за инерция или способността на веществото да поддържа състояние на покой при отсъствие на влиянието на външни фактори върху него;
сила - действа върху тялото и променя състоянието на неговото движение, предизвиквайки ускорение;
вътрешна енергия - определя моментното състояние на изследвания елемент.

Други също толкова важни понятия от този раздел на физиката са: температура, импулс, ъглов момент и обем на материята. Енергията на механичната система се състои главно от нейната кинетична енергия на движение и потенциална сила, която зависи от позицията на елементите, действащи в дадена система. По отношение на тези физични величини действат основните закони за запазване на класическата механика.

Основатели на класическата механика

Забележка 1

Основите на класическата механика бяха успешно положени от мислителя Галилей, както и от Кеплер и Коперник, когато разглеждаха моделите на бързото движение на небесните тела.

Фигура 1. Принципи на класическата механика. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Интересното е, че за дълъг период от време физиката и механиката са били изучавани в контекста на астрономически събития. В своите научни трудове Коперник твърди, че правилното изчисляване на моделите на взаимодействие на небесните тела може да бъде опростено, ако се отклоним от съществуващите принципи, които преди това са били изложени от Аристотел, и го считаме за отправна точка за прехода от геоцентричното към хелиоцентрична концепция.

Идеите на учения са допълнително формализирани от неговия колега Кеплер в трите закона за движение на материалните тела. По-специално, вторият закон гласи, че абсолютно всички планети на Слънчевата система извършват равномерно движение по елиптични орбити, с основен фокус върху Слънцето.

Следващият значителен принос в развитието на класическата механика е направен от изобретателя Галилей, който, изучавайки основните постулати на механичното движение на небесните тела, по-специално под въздействието на силите на гравитацията, представи на обществеността пет универсални закона за физическото движение на веществата наведнъж.

Но въпреки това съвременниците приписват лаврите на ключовия основател на класическата механика на Исак Нютон, който в своята известна научна работа"Математическо изразяване на естествената философия" описва синтеза на онези определения на физиката на движението, които преди това бяха представени от неговите предшественици.

Фигура 2. Вариационни принципи на класическата механика. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Нютон ясно формулира трите основни закона на движението, които са кръстени на него, както и теорията за всемирното притегляне, която тегли черта под изследванията на Галилей и обяснява явлението свободно падане на тела. Така беше разработена нова, по-усъвършенствана картина на света.

Основни и вариационни принципи на класическата механика

Класическата механика предоставя на изследователите точни резултати за системи, които често се срещат в ежедневието. Но в крайна сметка те стават неправилни за други концепции, чиято скорост е почти равна на скоростта на светлината. Тогава е необходимо да се използват законите на релативистичната и квантовата механика в експериментите. За системи, които комбинират няколко свойства наведнъж, вместо класическата механика се използва теорията на полето на квантите. За концепции с много компоненти или нива на свобода, посоката на изучаване на физиката също е адекватна, когато се използват методите на статистическата механика.

Днес се разграничават следните основни принципи на класическата механика:

Принципът на инвариантност по отношение на пространствените и времевите премествания (ротации, измествания, симетрии): пространството винаги е хомогенно и протичането на каквито и да е процеси в затворена система не се влияе от нейните първоначални местоположения и ориентация спрямо материалното еталонно тяло.
Принципът на относителността: потокът от физически процеси в изолирана система не се влияе от нейното праволинейно движение спрямо самата концепция за отправна точка; законите, които описват подобни явления, са еднакви в различните клонове на физиката; самите процеси ще бъдат еднакви, ако първоначалните условия са идентични.

Определение 2

Вариационните принципи са първоначалните, основни положения на аналитичната механика, математически изразени под формата на уникални вариационни отношения, от които като логическо следствие следват диференциални формули на движение, както и всички видове разпоредби и закони на класическата механика.

В повечето случаи основната характеристика, по която реалното движение може да бъде разграничено от разглеждания клас кинематични движения, е условието за стационарност, което осигурява инвариантността на по-нататъшното описание.

Фигура 4. Принципът на действие на дълги разстояния. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Първото от вариационните правила на класическата механика е принципът на възможните или виртуални премествания, който ви позволява да намерите правилните равновесни позиции за система от материални точки. Следователно този модел помага за решаването на сложни проблеми на статиката.

Следващият принцип се нарича най-малкото ограничение. Този постулат предполага определено движениесистеми от материални точки, пряко свързани помежду си по хаотичен начин и подложени на всякакви влияния от околната среда.

Друго основно вариационно предложение в класическата механика е принципът на най-правия път, при който всяка свободна система е в състояние на покой или равномерно движение по определени линии в сравнение с всички други дъги, позволени от връзки и имащи обща начална точка и допирателна в концепцията.

Принцип на действие в класическата механика

Уравненията на Нютон за механичното движение могат да бъдат формулирани по много начини. Единият е чрез формализма на Лагранж, наричан още Лагранжева механика. Въпреки че този принцип е доста еквивалентен на законите на Нютон в класическата физика, но тълкуването на действието е по-подходящо за обобщения на всички концепции и играе важна роля в съвременната наука. Всъщност този принцип е сложно обобщение във физиката.

По-специално, това е напълно разбрано в рамките на квантовата механика. Интерпретацията на квантовата механика от Ричард Файнман чрез използването на интеграли по пътя се основава на принципа на постоянното взаимодействие.

Много задачи във физиката могат да бъдат решени чрез прилагане на принципа на действие, който е в състояние да намери най-бързия и лесен начин за решаване на задачите.

Например, светлината може да намери своя път през оптична система и траекторията на материално тяло в гравитационно поле може да бъде открита с помощта на същия принцип на работа.

Симетриите във всяка ситуация могат да бъдат разбрани по-добре чрез прилагане на тази концепция заедно с уравненията на Ойлер-Лагранж. В класическата механика правилен изборпо-нататъшното действие може да бъде експериментално доказано от законите на Нютон за движение. И обратно, от принципа на действие, нютоновите уравнения се прилагат на практика с компетентен избор на действие.

Така в класическата механика принципът на действие се счита за идеален еквивалентен на уравненията на движението на Нютон. Прилагането на този метод значително опростява решаването на уравнения във физиката, тъй като това е скаларна теория с приложения и производни, които прилагат елементарно смятане.

В началото на XIX-XX век. бяха идентифицирани границите на приложимост на класическата механика (вижте раздела „Ограничения на приложимостта на класическата механика“ в края на статията). Оказа се, че той дава изключително точни резултати, но само в случаите, когато се прилага за тела, чиято скорост е много по-малка от скоростта на светлината и чиито размери са много по-големи от размерите на атомите и молекулите и на разстояния или условия, когато скоростта на разпространение на гравитацията може да се счита за безкрайна (обобщение на класическата механика за тела, движещи се с произволна скорост, е релативистка механика, а за тела, чиито размери са сравними с атомните - квантова механика; квантовите релативистични ефекти се разглеждат от квантовата теория на полето).

Въпреки това класическата механика запазва своята стойност, защото:

Много по-лесно за разбиране и използване от други теории.
В широк диапазон, той описва реалността доста добре.

Класическата механика може да се използва за описание на движението на много широк клас физически обекти: както обикновени обекти от макрокосмоса (като въртящ се връх и бейзболна топка), така и обекти с астрономически размери (като планети и звезди), и много микроскопични обекти.

Енциклопедичен YouTube

1 / 5

✪ Лекция 1. | 8.01 Физика I: Класическа механика, есен 1999г

✪ Квантова механика 1 - Провал на класическата физика

✪ Физика - първи и втори закон на Нютон

✪ Механика - Основни концепции на механиката

✪ Механика. Законите на Нютон. Сили

субтитри

Основни понятия

Класическата механика оперира с няколко основни концепции и модела. Сред тях трябва да се подчертае:

пространство . Смята се, че движението на телата се извършва в пространството, което е евклидово, абсолютно (не зависи от наблюдателя), хомогенно (всеки две точки в пространството са неразличими) и изотропно (всеки две посоки в пространството са неразличими).
Времето е фундаментална концепция, постулирана в класическата механика. Смята се, че времето е абсолютно, хомогенно и изотропно (уравненията на класическата механика не зависят от посоката на течението на времето).
Отправната система се състои от отправно тяло (някое тяло, реално или въображаемо, спрямо което се разглежда движението на механична система), устройство за измерване на времето и координатна система.
Масата е мярка за инертността на телата.
Материална точка е модел на обект, който има маса, чиито размери са пренебрегнати в решаваната задача. Тела с ненулев размер могат да изпитват сложни движения, тъй като тяхната вътрешна конфигурация може да се промени (например тялото може да се върти или деформира). Въпреки това, в някои случаи резултатите, получени за материални точки, са приложими за такива тела, ако разглеждаме такива тела като съвкупност от голям брой взаимодействащи си материални точки. Материалните точки в кинематиката и динамиката обикновено се описват със следните количества:
- Радиус вектор r → (\displaystyle (\vec (r)))- вектор, начертан от началото на координатите до тази точка в пространството, който служи за текущата позиция на материалната точка
- Скоростта е вектор, който характеризира промяната в позицията на материална точка с времето и се определя като производна на радиус вектора по отношение на времето: v → = d r → d t (\displaystyle (\vec (v))=(\frac (d(\vec (r)))(dt)))
- Ускорението е вектор, който характеризира промяната в скоростта на материална точка с времето и се определя като производна на скоростта по отношение на времето: a → = d v → d t = d 2 r → d t 2 (\displaystyle (\vec (a))=(\frac (d(\vec (v)))(dt))=(\frac (d^(2 )(\vec (r)))(dt^(2))))
- Маса - мярка за инерцията на материална точка; се приема за постоянен във времето и независим от каквито и да било характеристики на движението на материална точка и нейното взаимодействие с други тела.
- Импулсът (друго име е количеството на движение) е векторно физическо количество, равно на произведението на масата на материална точка и нейната скорост: p → = m v → . (\displaystyle (\vec (p))=m(\vec (v)).)
- Кинетична енергия - енергията на движение на материална точка, определена като половината от произведението на масата на тялото и квадрата на неговата скорост: T = m v 2 2 . (\displaystyle T=(\frac (mv^(2))(2)).)или T = p 2 2 m . (\displaystyle T=(\frac (p^(2))(2m)).)
- Силата е векторна физична величина, която е мярка за интензивността на въздействие върху дадено тялодруги тела, както и физически полета. Това е функция на координатите и скоростта на материална точка, която определя времевата производна на нейния импулс.
- Ако работата на силата не зависи от вида на траекторията, по която се движи тялото, а се определя само от първоначалното и крайното му положение, тогава такава сила се нарича потенциална. Взаимодействието, което възниква чрез потенциални сили, може да се опише с потенциална енергия. По дефиниция потенциалната енергия е функция на координатите на тялото U (r →) (\displaystyle U((\vec (r))))така че силата, действаща върху тялото, е равна на градиента от тази функция, взета с обратен знак: F → = − ∇ U (r →) . (\displaystyle (\vec (F))=-\nabla U((\vec (r))).)

Основни закони

Принципът на относителността на Галилей

Основният принцип, на който се основава класическата механика, е принципът на относителността, формулиран от G. Galileo въз основа на емпирични наблюдения. Съгласно този принцип има безкрайно много отправни системи, в които свободното тяло е в покой или се движи с постоянна скорост по абсолютна стойност и посока. Тези референтни системи се наричат инерционни и се движат една спрямо друга равномерно и праволинейно. Във всички инерционни отправни системи свойствата на пространството и времето са еднакви и всички процеси в механичните системи се подчиняват на едни и същи закони. Този принцип може да се формулира и като липса на абсолютни референтни системи, т.е. референтни системи, които по някакъв начин се отличават спрямо другите.

Законите на Нютон

Основата на класическата механика са трите закона на Нютон (формулирайки тези закони, Нютон използва термина "тяло", въпреки че всъщност те говорят за материални точки).

Вторият закон на Нютон не е достатъчен, за да опише движението на една частица. Освен това е необходимо описание на силата. F → (\displaystyle (\vec (F))), получени от разглеждане на същността на физическото взаимодействие, в което участва тялото.

Закон за запазване на енергията

Законът за запазване на енергията е следствие от законите на Нютон за затворени консервативни системи (т.е. системи, в които действат само консервативни сили). фундаментална основаот този закон е собствеността еднородност на времето, а връзката между закона за запазване на енергията и това свойство отново се изразява от теоремата на Ньотер.

Разпространете се в разширени тела

Класическата механика също включва описание на сложните движения на разширени неточкови обекти. Разширяването на законите на Нютоновата механика към такива обекти до голяма степен се дължи на Ойлер. Съвременната формулировка на законите на Ойлер също използва апарата на триизмерните вектори.

Горните изрази за импулс и кинетична енергия са валидни само при липса на значителен електромагнитен принос. В електромагнетизма вторият закон на Нютон за проводник с ток се нарушава, ако не се вземе предвид приносът на електромагнитното поле към импулса на системата; такъв принос се изразява чрез вектора на Пойнтинг, разделен на ° С 2, където ° Се скоростта на светлината в свободното пространство.

История

Античност

Класическата механика възниква в древността главно във връзка с проблемите, възникнали по време на строителството. Първият от разработените раздели на механиката е статиката, чиито основи са положени в трудовете на Архимед през 3 век пр.н.е. д. Той формулира правилото на лоста, теоремата за добавянето на паралелни сили, въвежда концепцията за центъра на тежестта, полага основите на хидростатиката (силата на Архимед).

Средна възраст

ново време

17-ти век

Полагането на основите на класическата механика е завършено от трудовете на Исак Нютон, който формулира законите на механиката в най-обща форма и открива закона за всемирното привличане. През 1684 г. той установява и закона за вискозното триене в течности и газове.

Също през 17 век, през 1660 г., е формулиран законът за еластичните деформации, носещ името на своя откривател Робърт Хук.

18-ти век

19 век

Класическата механика е самосъгласувана теория, тоест в нейната рамка няма твърдения, които си противоречат. Като цяло тя е съвместима с други "класически" теории (като класическата електродинамика и класическата термодинамика), но в края на 19 век се появяват някои несъответствия между тези теории; преодоляването на тези несъответствия бележи формирането на съвременната физика. По-специално:

Уравненията на класическата електродинамика са неинвариантни по отношение на Галилеевите трансформации: тъй като тези уравнения включват (като физическа константа, постоянна за всички наблюдатели) скоростта на светлината, тогава класическата електродинамика и класическата механика са съвместими само в една избрана отправна система - свързани с етера. Но експерименталната проверка не разкри съществуването на етера и това доведе до създаването на специална теория на относителността (според която бяха модифицирани уравненията на механиката).
Някои твърдения на класическата термодинамика също са несъвместими с класическата механика: прилагането им заедно със законите на класическата механика води до парадокса на Гибс (според който е невъзможно да се определи точно стойността на ентропията) и до ултравиолетовата катастрофа (последното означава че

Механикае дял от физиката, който изучава най-простата форма на движение на материята - механично движение, което се състои в промяна на положението на телата или техните части във времето. Фактът, че механичните явления се случват в пространството и времето, е отразен във всеки закон на механиката, който изрично или имплицитно съдържа пространствено-времеви връзки - разстояния и времеви интервали.

Механиката се настройва сама две основни задачи:

изучаването на различни движения и обобщаването на получените резултати под формата на закони, с помощта на които може да се предвиди характерът на движението във всеки конкретен случай. Решаването на този проблем доведе до установяването от И. Нютон и А. Айнщайн на т. нар. динамични закони;

находка общи имотиприсъщи на всяка механична система в процеса на нейното движение. В резултат на решаването на този проблем бяха открити законите за запазване на такива фундаментални величини като енергия, импулс и ъглов момент.

Динамичните закони и законите за запазване на енергията, импулса и ъгловия момент са основните закони на механиката и съставляват съдържанието на тази глава.

§едно. Механично движение: основни понятия

Класическата механика се състои от три основни раздела - статика, кинематика и динамика. В статиката се разглеждат законите за събиране на силите и условията за равновесие на телата. В кинематиката се дава математическо описание на всички видове механични движения, независимо от причините, които ги предизвикват. В динамиката се изучава влиянието на взаимодействието между телата върху тяхното механично движение.

На практика всичко физическите проблеми се решават приблизително: реално сложно движениеразглежда като набор от прости движения, реален обект заменен от идеализиран моделтози обект и др. Например, когато се разглежда движението на Земята около Слънцето, може да се пренебрегне размерът на Земята. В този случай описанието на движението е значително опростено - положението на Земята в космоса може да се определи от една точка. Сред моделите на механиката определящи са материална точка и абсолютно твърдо тяло.

Материална точка (или частица)е тяло, чиято форма и размери могат да бъдат пренебрегнати в условията на тази задача. Всяко тяло може мислено да бъде разделено на много голям брой части, произволно малки в сравнение с размера на цялото тяло. Всяка от тези части може да се разглежда като материална точка, а самото тяло – като система от материални точки.

Ако деформациите на тялото при взаимодействието му с други тела са незначителни, тогава то се описва от модела абсолютно твърдо тяло.

Абсолютно твърдо тяло (или твърдо тяло) е тяло, чието разстояние между произволни две точки не се променя в процеса на движение.С други думи, това е тяло, чиято форма и размери не се променят по време на движението му. Абсолютно твърдо тяло може да се разглежда като система от материални точки, твърдо свързани помежду си.

Положението на едно тяло в пространството може да се определи само по отношение на някои други тела. Например има смисъл да се говори за положението на планета спрямо Слънцето, самолет или кораб спрямо Земята, но не може да се посочи тяхното положение в пространството без оглед на някое конкретно тяло. Абсолютно твърдо тяло, което служи за определяне на положението на обект, който ни интересува, се нарича референтно тяло. За да се опише движението на даден обект, референтното тяло се свързва с всяка координатна система, например правоъгълна декартова координатна система. Координатите на даден обект ви позволяват да зададете позицията му в пространството. Най-малкият брой независими координати, които трябва да бъдат зададени, за да се определи напълно положението на тялото в пространството, се нарича брой степени на свобода. Например материална точка, която се движи свободно в пространството, има три степени на свобода: една точка може да извърши три независими движения по осите на декартова правоъгълна координатна система. Абсолютно твърдото тяло има шест степени на свобода: за да се определи позицията му в пространството, са необходими три степени на свобода, за да се опише транслационното движение по координатните оси и три, за да се опише въртенето около същите оси. Координатната система е оборудвана с часовник за отчитане на времето.

Наборът от референтното тяло, координатната система, свързана с него, и наборът от часовници, синхронизирани помежду си, образуват референтната система.

Държавен университетофис

институт дистанционно обучение

Специалност - мениджмънт

по дисциплина: KSE

„Нютоновата механика е в основата на класическото описание на природата. Основната задача на механиката и границите на нейната приложимост.

Изпълнено

Студентска карта No1211

Група №УП4-1-98/2

1. Въведение._________________________________________________ 3

2. Нютонова механика.________________________________________________ 5

2.1. Законите за движението на Нютон._________________________________________________ 5

2.1.1. Първият закон на Нютон.________________________________________________ 6

2.1.2. Втори закон на Нютон.________________________________________________ 7

2.1.3. Трети закон на Нютон._________________________________________________ 8

2.2. Законът за всемирното привличане _______________________________________ 11

2.3. Основната задача на механиката.________________________________________________ 13

2.4. Граници на приложимост.____________________________________________________ 15

3. Заключение._________________________________________________ 18

4. Списък с използваната литература._______________________________________ 20

Нютон (1643-1727)

Този свят беше обвит в дълбок мрак.

Нека бъде светлина! И тук идва Нютон.

1. Въведение.

Понятието "физика" има своите корени в дълбокото минало, на гръцки означава "природа". Основната задача на тази наука е да установи "законите" на околния свят. Едно от основните произведения на Платон, ученик на Аристотел, се нарича "Физика".

Науката от онези години има натурфилософски характер, т.е. изхожда от факта, че пряко наблюдаваните движения на небесните тела са техните действителни движения. От това беше направен извод за централното положение на Земята във Вселената. Тази система отразява правилно някои от характеристиките на Земята като небесно тяло: фактът, че Земята е топка, че всичко гравитира към нейния център. Така тази доктрина всъщност се отнасяше за Земята. На нивото на своето време тя отговаря на основните изисквания за научно познание. Първо, той обяснява наблюдаваните движения на небесните тела от единна гледна точка и, второ, прави възможно изчисляването на техните бъдещи позиции. В същото време теоретичните конструкции на древните гърци са чисто спекулативни по природа - те са напълно отделени от експеримента.

Такава система съществува до 16 век, преди появата на учението на Коперник, което получава по-нататъшното си обосноваване в експерименталната физика на Галилей, завършвайки със създаването на Нютоновата механика, която обединява движението на небесните тела и земните обекти с единно закони на движение. Това е най-голямата революция в естествените науки, която бележи началото на развитието на науката в нейния съвременен смисъл.

Галилео Галилей вярваше, че светът е безкраен и материята е вечна. Във всички процеси нищо не се унищожава или създава - настъпва само промяна относителна позициятела или техни части. Материята се състои от абсолютно неделими атоми, нейното движение е единственото универсално механично движение. Небесните тела са подобни на Земята и се подчиняват на същите закони на механиката.

За Нютон беше важно недвусмислено да се открият с помощта на експерименти и наблюдения свойствата на обекта, който се изучава, и да се изгради теория, основана на индукция, без да се използват хипотези. Той изхождаше от факта, че във физиката като експериментална наука няма място за хипотези. Признавайки несъвършенството на индуктивния метод, той го смята за най-предпочитания сред другите.

Както в епохата на античността, така и през 17 век се признава значението на изучаването на движението на небесните тела. Но ако за древните гърци този проблем е имал повече философско значение, то за 17 век практическият аспект е преобладаващ. Развитието на навигацията наложи разработването на по-точни астрономически таблици за навигационни цели от тези, необходими за астрологични цели. Основната задача беше да се определи географската дължина, така необходима на астрономите и навигаторите. За решаването на този важен практически проблем са създадени първите държавни обсерватории (през 1672 г. Париж, през 1675 г. Гринуич). По същество това беше задачата за определяне на абсолютното време, което в сравнение с местното време дава интервал от време, който може да се преобразува в географска дължина. Това време беше възможно да се определи чрез наблюдение на движението на Луната сред звездите, както и с помощта на точен часовник, настроен в абсолютно време и държан от наблюдателя. За първия случай бяха необходими много точни таблици за предсказване на положението на небесните тела, а за втория - абсолютно точни и надеждни часовникови механизми. Работата в тези насоки не беше успешна. Единствено Нютон успява да намери решение, който благодарение на откриването на закона за всемирното привличане и трите основни закона на механиката, както и на диференциалното и интегралното смятане, придава на механиката характер на цялостна научна теория.

2. Нютонова механика.

Върхът на научното творчество на И. Нютон е неговият безсмъртен труд "Математическите принципи на естествената философия", публикуван за първи път през 1687 г. В него той обобщава резултатите от своите предшественици и собствените си изследвания и създава за първи път единна хармонична система от земна и небесна механика, която формира основата на цялата класическа физика. Тук Нютон дава дефиниции на изходните понятия – количество материя, еквивалент на маса, плътност; количество движение, еквивалентно на инерция, и различни видовесила. Формулирайки концепцията за количеството материя, той изхожда от идеята, че атомите се състоят от някаква единична първична материя; Плътността се разбира като степента, до която единица обем на тялото е изпълнена с първична материя. Тази работа очертава теорията на Нютон за универсалната гравитация, въз основа на която той развива теорията за движението на планетите, спътниците и кометите, формиращи слънчева система. Въз основа на този закон той обясни явлението приливи и отливи и компресията на Юпитер.

Концепцията на Нютон е в основата на много технически постижения за дълъг период от време. На негова основа са формирани много методи за научни изследвания в различни области на естествените науки.

2.1. Законите на Нютон за движение.

Ако кинематиката изучава движението на геометрично тяло, което няма никакви свойства на материално тяло, освен способността да заема определено място в пространството и да променя това положение във времето, тогава динамиката изучава движението на реални тела под действието на на приложените към тях сили. Трите закона на механиката, установени от Нютон, са в основата на динамиката и формират основния раздел на класическата механика.

Те могат да се приложат директно към най-простия случай на движение, когато движещото се тяло се разглежда като материална точка, т.е. когато не се отчита размерът и формата на тялото и когато движението на тялото се разглежда като движение на точка с маса. Във вряща вода, за да опишете движението на точка, можете да изберете всяка координатна система, спрямо която се определят количествата, характеризиращи това движение. За еталонно тяло може да се приеме всяко тяло, което се движи спрямо други тела. В динамиката се работи с инерционни координатни системи, характеризиращи се с това, че спрямо тях свободна материална точка се движи с постоянна скорост.

2.1.1. Първият закон на Нютон.

Законът за инерцията е установен за първи път от Галилей за случая на хоризонтално движение: когато едно тяло се движи по хоризонтална равнина, неговото движение е равномерно и би продължило постоянно, ако равнината се простира в пространството без край. Нютон дава по-обща формулировка на закона за инерцията като първи закон за движението: всяко тяло е в състояние на покой или равномерно праволинейно движение, докато силите, действащи върху него, променят това състояние.

В живота този закон описва случая, когато, ако спрете да дърпате или бутате движещо се тяло, то спира и не продължава да се движи с постоянна скорост. Така колата с изключен двигател спира. Според закона на Нютон върху търкалящия се по инерция автомобил трябва да действа спирачна сила, която на практика е съпротивлението на въздуха и триенето на автомобилните гуми върху повърхността на магистралата. Те казват на колата отрицателно ускорение, докато спре.

Недостатъкът на тази формулировка на закона е, че тя не съдържа индикация за необходимостта от отнасяне на движението към инерционна координатна система. Факт е, че Нютон не използва концепцията за инерционна координатна система - вместо това той въвежда концепцията за абсолютното пространство - хомогенно и неподвижно - с което свързва определена абсолютна координатна система, спрямо която се определя скоростта на тялото . Когато се разкри празнотата на абсолютното пространство като абсолютна отправна система, законът за инерцията започна да се формулира по различен начин: по отношение на инерционната координатна система свободното тяло поддържа състояние на покой или равномерно праволинейно движение.

2.1.2. Втори закон на Нютон.

При формулирането на втория закон Нютон въвежда понятията:

Ускорението е векторна величина (Нютон го нарича импулс и го взема предвид при формулирането на правилото за скоростите на паралелограма), което определя скоростта на промяна на скоростта на тялото.

Силата е векторна величина, разбирана като мярка за механично въздействие върху тялото от други тела или полета, в резултат на което тялото придобива ускорение или променя своята форма и размер.

Масата на тялото е физическа величина, една от основните характеристики на материята, която определя нейните инерционни и гравитационни свойства.

Вторият закон на механиката гласи: силата, действаща върху тялото, е равна на произведението от масата на тялото и ускорението, придадено от тази сила. Това е съвременната му формула. Нютон го формулира по различен начин: промяната в импулса е пропорционална на приложената действаща сила и се случва в посоката на правата линия, по която действа тази сила, и е обратно пропорционална на масата на тялото или математически:

Лесно е да се потвърди този закон чрез опит, ако количката е прикрепена към края на пружината и пружината се освободи, след това във времето Tколичката ще мине пътя s 1(фиг. 1), след това прикрепете две колички към една и съща пружина, т.е. удвоете телесното тегло и отпуснете пружината, след това в същото време Tте ще вървят по пътя s2, два пъти по-малко от s 1 .

Този закон също е валиден само в инерциални отправни системи. От математическа гледна точка първият закон е частен случай на втория закон, тъй като ако резултантните сили са нула, тогава ускорението също е нула. Въпреки това, първият закон на Нютон се счита за независим закон, т.к той е този, който твърди съществуването на инерциални системи.

2.1.3. Третият закон на Нютон.

Третият закон на Нютон гласи: винаги има еднаква и противоположна реакция на действие, в противен случай телата действат едно върху друго със сили, насочени по една права линия, равни по големина и противоположни по посока или математически:

Нютон разширява действието на този закон към случая на сблъсък на тела и към случая на тяхното взаимно привличане. Най-простата демонстрация на този закон е тяло, разположено в хоризонтална равнина, върху което действа силата на гравитацията F tи поддържаща сила за реакция F около, лежащи на една права линия, равни по стойност и противоположно насочени, равенството на тези сили позволява на тялото да бъде в покой (фиг. 2).

Последиците следват от трите основни закона на Нютон за движението, единият от които е добавянето на импулс според правилото на паралелограма. Ускорението на тялото зависи от величините, които характеризират действието на други тела върху дадено тяло, както и от величините, които определят характеристиките на това тяло. Механичното въздействие върху тялото от други тела, което променя скоростта на движение на това тяло, се нарича сила. Тя може да има различен характер (гравитация, еластичност и др.). Промяната в скоростта на тялото не зависи от природата на силите, а от тяхната големина. Тъй като скоростта и силата са вектори, действието на няколко сили се добавя според правилото на успоредника. Свойството на тялото, от което зависи придобитото от него ускорение, е инертността, измерена чрез маса. В класическата механика, занимаваща се със скорости, много по-малки от скоростта на светлината, масата е характеристика на самото тяло, независимо дали се движи или не. Масата на тялото в класическата механика също не зависи от взаимодействието на тялото с други тела. Това свойство на масата подтиква Нютон да приеме масата като мярка за материята и да вярва, че нейната величина определя количеството материя в тялото. Така масата започва да се разбира като количество материя.

Количеството материя е измеримо, пропорционално на теглото на тялото. Теглото е силата, с която тялото действа върху опора, която му пречи да падне свободно. Числено теглото е равно на произведението на масата на тялото и ускорението на гравитацията. Поради компресията на Земята и ежедневното й въртене, телесното тегло се променя с географската ширина и е с 0,5% по-малко на екватора, отколкото на полюсите. Тъй като масата и теглото са строго пропорционални, се оказа възможно практическото измерване на масата или количеството на материята. Разбирането, че теглото е променливо въздействие върху тялото, подтиква Нютон да установи вътрешната характеристика на тялото - инерцията, която той разглежда като присъща способност на тялото да поддържа равномерно праволинейно движение, пропорционално на масата. Масата като мярка за инерция може да се измери с везни, както направи Нютон.

В състояние на безтегловност масата може да се измери по инерция. Измерването на инерцията е обичаен начин за измерване на маса. Но инерцията и теглото са различни физически понятия. Тяхната пропорционалност една спрямо друга е много удобна от практическа гледна точка - за измерване на маса с помощта на везни. По този начин установяването на понятията сила и маса, както и методът за тяхното измерване позволи на Нютон да формулира втория закон на механиката.

Първият и вторият закон на механиката се отнасят съответно за движението на материална точка или едно тяло. В този случай се взема предвид само действието на други тела върху това тяло. Все пак всяко действие е взаимодействие. Тъй като в механиката действието се характеризира със сила, ако едно тяло действа върху друго с определена сила, то второто действа върху първото със същата сила, което фиксира третия закон на механиката. Във формулировката на Нютон третият закон на механиката е валиден само за случая на пряко взаимодействие на силите или за мигновено предаване на действието на едно тяло върху друго. В случай на прехвърляне на действие за краен период от време, този закон се прилага, когато времето на прехвърляне на действието може да бъде пренебрегнато.

2.2. Законът за всемирното притегляне.

Смята се, че ядрото на динамиката на Нютон е понятието сила, а основната задача на динамиката е да установи закон от дадено движение и, обратно, да определи закона за движение на телата според дадена сила. От законите на Кеплер Нютон извежда съществуването на сила, насочена към Слънцето, която е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието на планетите от Слънцето. Обобщавайки идеите, изразени от Кеплер, Хюйгенс, Декарт, Борели, Хук, Нютон им придава точната форма на математически закон, според който се потвърждава съществуването на сила на всемирната гравитация в природата, която определя привличането на телата. Силата на гравитацията е право пропорционална на произведението от масите на гравитиращите тела и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях, или математически:

Където G е гравитационната константа.

Този закон описва взаимодействието на всякакви тела - важно е само разстоянието между телата да е достатъчно голямо в сравнение с техните размери, това ни позволява да приемем телата за материални точки. В теорията на гравитацията на Нютон се приема, че гравитационната сила се прехвърля от едно гравитиращо тяло към друго незабавно и без посредничеството на каквато и да е среда. Законът за всемирното привличане предизвика дълги и яростни дискусии. Това не беше случайно, тъй като този закон имаше важно философско значение. Основното е, че преди Нютон целта на създаването на физически теории е била да се идентифицира и представи механизмът на физическите явления във всичките му подробности. В случаите, когато това не можеше да стане, се изтъкваше аргументът за т. нар. „скрити качества“, които не подлежат на подробно тълкуване. Бейкън и Декарт обявиха препратките към "скрити качества" за ненаучни. Декарт вярва, че е възможно да се разбере същността на природния феномен само ако той бъде визуално представен. Така той представя явленията на гравитацията с помощта на ефирни вихри. В контекста на широкото използване на подобни идеи, законът на Нютон за всемирното привличане, въпреки факта, че демонстрира съответствието на астрономическите наблюдения, направени въз основа на него с безпрецедентна точност, беше поставен под въпрос на основание, че взаимното привличане на телата много напомня на перипатетичното учение за "скритите качества". И въпреки че Нютон установи факта на неговото съществуване въз основа на математически анализи експериментални данни, математическият анализ все още не се е утвърдил в съзнанието на изследователите като достатъчно надежден метод. Но желанието да се ограничат физическите изследвания до факти, които не претендират за абсолютна истина, позволи на Нютон да завърши формирането на физиката като самостоятелна наука и да я отдели от естествената философия с нейните претенции за абсолютно познание.

В закона за всемирното притегляне науката получи пример за закона на природата като абсолютно точно правило, приложимо навсякъде, без изключение, с точно определени последствия. Този закон е включен от Кант в неговата философия, където природата е представена като царството на необходимостта, за разлика от морала - царството на свободата.

Физическата концепция на Нютон е един вид венец на физиката от 17-ти век. Статичният подход към Вселената е заменен с динамичен. Експериментален математически методизследванията, позволили да се решат много проблеми на физиката от 17-ти век, се оказаха подходящи за решаване на физически проблеми за още два века.

2.3. Основната задача на механиката.

Резултатът от развитието на класическата механика е създаването на единна механична картина на света, в рамките на която цялото качествено разнообразие на света се обяснява с различията в движението на телата, подчинени на законите на Нютоновата механика. Според механичната картина на света, ако физическото явление на света може да бъде обяснено въз основа на законите на механиката, тогава такова обяснение се признава за научно. Така нютоновата механика стана основата на механичната картина на света, доминираща до научната революция в началото на 19-ти и 20-ти век.

Механиката на Нютон, за разлика от предишните механични концепции, направи възможно решаването на проблема за всеки етап на движение, както предшестващ, така и следващ, и във всяка точка в пространството с известни факти, които определят това движение, както и обратната задача за определяне величината и посоката на тези фактори.във всяка точка с известни основни елементи на движение. Поради това Нютоновата механика може да се използва като метод за количествен анализ на механичното движение. Всички физически явления могат да бъдат изследвани, независимо от факторите, които ги причиняват. Например, можете да изчислите скоростта на спътник на Земята: За по-лесно нека намерим скоростта на спътник с орбита, равна на радиуса на Земята (фиг. 3). С достатъчна точност можем да приравним ускорението на сателита към ускорението на свободното падане на повърхността на Земята:

От друга страна, центростремителното ускорение на сателита.

където . Тази скорост се нарича първа космическа скорост. Тяло с всякаква маса, на което ще бъде съобщена такава скорост, ще стане спътник на Земята.

Законите на Нютоновата механика свързват силата не с движение, а с промяна в движението. Това направи възможно изоставянето на традиционната представа, че силата е необходима за поддържане на движението, и отклоняването на триенето, което направи силата необходима при функционирането на механизмите за поддържане на движението, на второстепенна роля. Създавайки динамичен възглед за света вместо традиционния статичен, Нютон поставя своята динамика в основата на теоретичната физика. Въпреки че Нютон е предпазлив в механичните интерпретации на природните явления, той все пак смята, че е желателно да се извеждат други природни явления от принципите на механиката. По-нататъчно развитиефизиката започва да се извършва в посока на по-нататъшно развитие на апарата на механиката във връзка с решаването на конкретни проблеми, тъй като те са решени, механичната картина на света се укрепва.

2.4. Граници на приложимост.

В резултат на развитието на физиката в началото на 20 век се определя обхватът на класическата механика: нейните закони са валидни за движения, чиято скорост е много по-малка от скоростта на светлината. Установено е, че с увеличаване на скоростта телесното тегло се увеличава. Като цяло законите на класическата механика на Нютон са валидни за случая на инерциални отправни системи. При неинерциалните референтни системи ситуацията е различна. При ускореното движение на неинерционна координатна система спрямо инерциалната система първият закон на Нютон (законът на инерцията) не се осъществява в тази система - свободните тела в нея ще променят скоростта си на движение с течение на времето.

Първото несъответствие в класическата механика беше разкрито, когато беше открит микросветът. В класическата механика преместванията в пространството и определянето на скоростта се изучават независимо от това как са реализирани тези премествания. По отношение на явленията на микросвета такава ситуация, както се оказа, е принципно невъзможна. Тук пространствено-времевата локализация, лежаща в основата на кинематиката, е възможна само за някои частни случаи, които зависят от конкретните динамични условия на движение. В макромащаб използването на кинематика е съвсем приемливо. За микромащабите, където основната роля принадлежи на квантите, кинематиката, която изучава движението независимо от динамичните условия, губи своето значение.

За мащабите на микросвета вторият закон на Нютон се оказва несъстоятелен – той е валиден само за мащабни явления. Оказа се, че опитите за измерване на всяка величина, характеризираща изследваната система, води до неконтролирана промяна в други величини, характеризиращи тази система: ако се направи опит да се установи позицията в пространството и времето, това води до неконтролирана промяна в съответното спрегнато количество , което определя динамичното състояние на системите. По този начин е невъзможно точното измерване на две взаимно спрегнати величини едновременно. Колкото по-точно се определя стойността на една величина, характеризираща системата, толкова по-несигурна е стойността на нейната спрегната величина. Това обстоятелство доведе до значителна промяна във възгледите за разбирането на природата на нещата.

Несъответствието в класическата механика идва от факта, че бъдещето в известен смисъл се съдържа изцяло в настоящето - това определя възможността за точно прогнозиране на поведението на системата във всеки един бъдещ момент от време. Тази възможност предлага едновременно определяне на взаимно спрегнати величини. В областта на микрокосмоса това се оказа невъзможно, което внася значителни промени в разбирането на възможностите за предвиждане и връзката на природните явления: тъй като стойността на величините, характеризиращи състоянието на системата в определен момент от времето може да бъде установено само с известна степен на несигурност, тогава се изключва възможността за точно прогнозиране на стойностите на тези количества в следващите периоди точки във времето, т.е. може само да се предвиди вероятността за получаване на определени стойности.

Друго откритие, което разтърси основите на класическата механика, беше създаването на теорията на полето. Класическата механика се опитва да сведе всички природни явления до силите, действащи между частиците на материята - на това се основава концепцията за електрическите течности. В рамките на тази концепция само веществото и неговите промени бяха реални - тук описанието на действието на два електрически заряда с помощта на понятия, свързани с тях, беше признато за най-важно. Описанието на полето между тези заряди, а не на самите заряди, беше много важно за разбирането на действието на зарядите. Ето един прост пример за нарушаване на третия закон на Нютон при такива условия: ако заредена частица се отдалечи от проводник, през който тече ток, и съответно около него се създаде магнитно поле, тогава резултантната сила, действаща от заредената частица върху проводник с ток е точно нула.

Създадената нова реалност нямаше място в механичната картина на света. В резултат на това физиката започва да се занимава с две реалности – материя и поле. Ако класическата физика се основаваше на концепцията за материята, тогава с разкриването на нова реалност физическа картинасветът трябваше да бъде преразгледан. Опитите да се обяснят електромагнитните явления с помощта на етера се оказват несъстоятелни. Етерът не е открит експериментално. Това доведе до създаването на теорията на относителността, което ни принуди да преразгледаме представите за пространството и времето, характерни за класическата физика. Така две концепции - теорията на квантите и теорията на относителността - станаха основа за нови физически концепции.

3. Заключение.

Приносът на Нютон за развитието на естествените науки е, че той дава математически метод за превръщане на физическите закони в количествено измерими резултати, които могат да бъдат потвърдени от наблюдения, и, обратно, извличане на физически закони от такива наблюдения. Както самият той пише в предговора към "Принципите", "... ние предлагаме тази работа като математически основи на физиката. Цялата трудност на физиката ... се състои в разпознаването на силите на природата чрез явленията на движението и след това използването на тези сили, за да се обяснят останалите явления ... Би било желателно да се извлекат от принципите на механиката останалите природни явления, като се аргументира по подобен начин, защото много неща ме карат да предполагам, че всички тези явления са се определя от определени сили, с които частиците на телата, поради все още неизвестни причини, или се стремят една към друга и се разделят на правилни фигури, или взаимно се отблъскват и се отдалечават една от друга. Тъй като тези сили са неизвестни, досега опитите на философите за обяснение на природните явления са останали безплодни. Надявам се обаче, че или този начин на разсъждение, или друг, по-правилен, основанията, изложени тук, ще осигурят известна светлина."

Нютоновият метод се превърна в основен инструмент за разбиране на природата. Законите на класическата механика и методите на математическия анализ показаха своята ефективност. Физически експеримент, основан на измервателна техникаосигурявайки безпрецедентна прецизност. Физическите знания все повече се превръщат в основа на промишлените технологии и технологии, стимулират развитието на други природни науки. Във физиката изолираните преди това светлина, електричество, магнетизъм и топлина бяха обединени в електромагнитната теория. И въпреки че природата на гравитацията остава необяснена, нейните ефекти могат да бъдат изчислени. Създадена е концепцията за механистичния детерминизъм на Лаплас, основана на възможността за еднозначно определяне на поведението на системата по всяко време при известни начални условия. Структурата на механиката като наука изглеждаше солидна, надеждна и почти напълно завършена – т.е. явленията, които не се вписваха в съществуващите класически канони, с които човек трябваше да се справи, изглеждаха напълно обясними в бъдеще от по-сложни умове от гледна точка на класическата механика. Създаваше се впечатлението, че познанията по физика бяха близо до пълното си завършване - такава мощна сила беше демонстрирана от основата на класическата физика.