Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Основные принципы классической механики Ньютона

Читайте также:
  1. CУЩНОСТЬ ОРГАНИЗАЦИИ, ЕЕ ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ
  2. I Кислотно-основные свойства.
  3. I Кислотные и основные свойства
  4. I. Определить основные критерии качества атмосферного воздуха.
  5. I. Основные
  6. I. Основные богословские положения
  7. I. Основные задачи и направления работы библиотеки
  8. I. Основные парадигмы классической социологической теории.
  9. I. Основные положения
  10. I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ

Механика и механистическая картина мира

Первая естественнонаучная картина мира сформировалась на основе изучения механической формы движения материи. Она исследует законы перемещения земных и небесных тел в пространстве и времени. Созданием классической механики наука обязана Ньютону, но почву для него подготовили Галилей и Кеплер.

 

Галилей и Кеплер - научные предшественники Ньютона
Становление механистической картины мира связывают с именем Галилея, который установил законы движения свободно падающих тел. Подход Галилея к изучению природы принципиально отличался от натурфилософского. Она представляет собой попытку использовать априорные принципы для объяснения явлений природы. Исходя из натурфилософской идеи, Аристотель считал «совершенным» движение по кругу, а Галилей ввел понятие инерциального движения. Тело, не подверженное воздействию каких-либо внешних сил, будет двигаться не по кругу, а равномерно по прямой траектории или оставаться в покое. Такое представление является абстракцией. Однако она является плодотворной, ибо она продолжает эксперимент. Принципиальное отличие нового метода исследования природы состояло в том, что в нем гипотезы проверялись опытом. Экспериментальный метод представляет собой активное вмешательство в реальные процессы природы. Именно благодаря этому Галилею удалось опровергнуть предположение, что путь падающего тела пропорционален его скорости. Предприняв эксперименты с падением тяжелых тел, Галилей убедился, что путь пропорционален их ускорению, равному 9,81 м/с2. Новый крупный шаг в развитии естествознания ознаменовался открытием законов движения планет. Немецкий астроном Кеплер начал исследовать движения небесных тел. Он не мог обратиться к эксперименту и поэтому для определения орбит вынужден был воспользоваться многолетними наблюдениями движения планеты Марс. Перепробовав множество вариантов, Кеплер остановился на гипотезе, что траекторией Марса является эллипс. Открытие законов движения планет Кеплером имело неоценимое значение для развития естествознания. Оно свидетельствовало о том, что между движениями земных и небесных тел не существует непреодолимой пропасти.

 

Основные принципы классической механики Ньютона

В своей работе по созданию механики Ньютон опирался на открытые Галилеем принцип инерции и закон свободного падения тел. Ньютон поставил своей целью найти общий закон движения тел. Формирование классической механики происходило по двум направлениям:
1. Обобщения полученных ранее результатов,

2. Создания методов для количественного анализа движения в целом.

Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчислений для решения основных проблем механики. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения.
Ньютон придавал большое значение наблюдениям и эксперименту. Поэтому он резко выступал против допущения скрытых качеств. Он выдвигает новый принцип исследования природы, который характеризуют как метод принципов, а сам Ньютон называл их началами. Эти начала движения и представляют собой основные законы механики.
Первый закон или законом инерции, постулирует:
Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
Второй основной закон движения занимает в механике центральное место:
Изменение количества движения пропорционально приложенной действующей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.
F= dmv/dt =ma, где выражение dmv/dt обозначает производную от количества движения, т — массу, а — ускорение. Более кратко этот закон формулируют как равенство или пропорциональность силы ускорению: F= та.
Третий закон Ньютона гласит:
Действию всегда есть равное и противоположно направленное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел между собой равны и направлены в противоположные стороны.
F1=-F2
Ньютон считал, что принципы механики устанавливаются с помощью противоположных, но взаимосвязанных методов — анализа и синтеза.
Чтобы ясно оценить революционный переворот, необходимо противопоставить метод принципов построениям прежней натурфилософии. Заявление Ньютона о том, что гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии, было направлено именно против гипотез о скрытых качествах, а не против гипотез вообще. Сами принципы механики тоже являются гипотезами весьма общего характера, многократно проверенными практикой. Ньютон утверждал, что анализу явлений должен предшествовать синтез, который опирается на воображение. При разработке своего метода принципов Ньютон ориентировался на аксиоматический метод. Благодаря своей логической точности выводов этот метод до сих пор считается образцом научного изложения. Однако вместо аксиом Ньютон опирался на принципы механики. Знание принципов не предполагает раскрытия их причин. В этом можно убедиться из оценки Ньютоном закона всемирного тяготения. Он всегда подчеркивал, что этот закон устанавливает лишь количественную зависимость силы тяготения от произведения величин тяготеющих масс и квадрата расстояния между ними, где F обозначает силу тяготения, m1 и m2 — тяготеющие массы, r — расстояние между ними, a g — постоянную тяготения. Открытие универсальной силы гравитации считается триумфом системы механики Ньютона. Эта сила действует между любыми телами. Не случайно поэтому сам закон называют законом всемирного тяготения. Историки науки обнаружили совершенно неизвестный до этого факт. Оказывается, он посвятил немало времени алхимическим исследованиям. Изучая способность различных веществ вступать в химические реакции, он пришел к заключению о существовании определенной силы химического сродства. Неожиданно для себя он открыл универсальный закон гравитации является фундаментальным свойством всех тел, обладающих массой. Гравитационные силы между телами действуют без промежуточной среды, но сила их убывает с квадратом расстояния между ними. Благодаря этому изучение механических процессов было сведено к их точному математическому описанию. Именно для математического описания механического движения Ньютон и создал дифференциальное и интегральное исчисления. С помощью дифференцирования можно определить мгновенную скорость движения материальной точки за любой бесконечно малый промежуток времени, а с помощью интегрирования — пройденный точкой путь. Под материальной точкой подразумевается идеальный образ тела. Для описания движения материальной точки необходимо было найти прежде всего характеризующее его уравнение, которое математики называют обыкновенным дифференциальным уравнением. Для точного описания движения необходимо было задать координаты тела и его скорость и уравнение его движения. Задав это состояние, можно было определить любое другое его состояние.

Триумф ньютоновской картины мира
Ясность и точность предсказаний теории Ньютона оказали огромное влияние на его современников. Некоторые его сторонники пытались применить точные количественные методы механики и в других науках. Образцом для подражания для них служил закон всемирного тяготения. Если все попытки использования ньютоновской теории оказались безуспешными, тогда в чем состоят действительные ее преимущества? Во-первых, Ньютону впервые удалось осуществить грандиозный синтез, объединив в рамках единой теории явления и процессы. Во-вторых, у Ньютона наука выступает как активное начало процесса взаимодействия человечества с окружающим миром. В-третьих, ньютоновская теория стала широко использоваться для критического анализа и обоснования научных знаний. В-четвертых, в теории Ньютона впервые количественные, математические методы были применены для исследования природы. Эти успехи ньютоновской картины мира предопределили широкое распространение ее принципов за пределами механики.

 

В чем заключаются основные принципы механистической картины мира?
Открытие принципов механики действительно означает подлинно революционный переворот. Поэтому возникновение механики было крупным шагом в изучении природы. Поэтому механику как науку не следует отождествлять с механицизмом, т.е. со стремлением распространить ее понятия и законы на другие процессы и формы движения материи. Чтобы получить ясное представление об этом, рассмотрим, как справедливые в механике законы переносились на другие области явлений.
Принцип обратимости, или симметрии, времени. Поскольку при заданных начальных условиях состояние движения механической системы зависит только от начальных условий, то в уравнениях движения механики знак времени можно менять на обратный. Если направление времени от прошлого к настоящему и будущему назовем положительным, а от настоящего к прошлому — отрицательным, то перемена направления никак не отразится на характере времени. Поэтому время не только в механике и классической физике имеет обратимый характер. Таким образом, для механистической картины мира в целом характерна симметрия процессов во времени, которая выражается в обратимости времени. Итак, все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым. Принцип механического детерминизма. Все механические процессы подчиняются принципу строгого детерминизма, суть которого состоит в признании возможности точного определения состояния механической системы ее предыдущим состоянием. Случайность целиком исключается из природы. При распространении указанного принципа на действия и поведение людей неизбежно приходят к фатализму. В научном познании стали выделять универсальные законы, подобные законам Ньютона, которые называют детерминистическими, а предсказания, основанные на них, достоверными. В отличие от них, законы, учитывающие случайность, называют стохастическими, а предсказания, основанные на них, —вероятностными. Отрыв материи от форм ее существования. В механике Ньютона пространство и время как основные формы ее существования совершенно не связаны с движущейся материей. В связи с этим Ньютон и вводит понятия абсолютного пространства и времени. Принцип дальнодействия. В механистической картине мира гравитационные силы передаются мгновенно от одного тела к другому. Согласно принципу дальнодействия, гравитационные силы могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.
Такой вывод вытекает из основных понятий классической механики. Таким образом, классическая теория гравитации допускает принцип дальнодействия и отрицает существование определенной среды, служащей для передачи гравитационных сил от одной точки к другой, т.е. она отвергает принцип близкодействия. Принцип дальнодействия впервые был подвергнут сомнению после открытия электромагнитного поля, в котором действие передается от одной точки поля к ближайшей точке.




Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 141 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.008 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав