Физика явление механическое: 7 класс «Механические явления».

Содержание

Примеры физических явлений

Все физические тела состоят из вещества, и со всеми физическими телами происходят различные физические явления. Физические явления бывают: механическими, тепловыми, звуковыми, оптическими, электрическими и магнитными. Бывают и другие физические явления.

К механическим физическим явлениям относятся различные движения и взаимодействия тел. Человек может идти, мяч сталкиваться с поверхностью Земли и отскакивать, планеты двигаться по орбитам вокруг своих звезд, автомобили набирать скорость (ускоряться), лифт подниматься и опускаться.

Тепловые явления связаны с изменением температуры тел и возникающими в следствие этого изменениями их физического состояния. Так тела способны нагреваться и охлаждаться. Некоторые при этом плавятся (как железо на заводе или воск свечи при ее горении), другие испаряются (вода при нагревании), третьи переходят из газа в жидкое состояние или из жидкого в твердое (кислород при сильном охлаждении может сжижаться, вода превращается в лед).

К звуковым относят явления, связанные с распространением звука в различных средах (где быстрее распространяется звук, в воде или воздухе?), поведением звуковых волн при столкновении с препятствиями (что такое эхо?) и другие явления, связанные со звуком.

Оптические явления связаны со светом. Способность видеть у животных (в том числе и человека) возникла благодаря тому, что в природе есть свет. Под воздействием света растения синтезируют органические вещества (однако это не оптическое явление!). Такой раздел физики как оптика изучает, как свет распространяется, отражается от предметов, преломляются, проходя через различные среды.

Электрические и магнитные явления связаны друг с другом, поэтому изучаются совместно. Мы привыкли к электричеству и часто даже не задумываемся, с чем связано это явление. Оно связано с существованием электрически заряженных частиц. Открытие и изучение электрических явлений в недалеком прошлом позволили нам уже сейчас пользоваться электрическим освещением, превращать электричество в движение тел, изобрести телевидение и компьютеры. Магнитные явления можно наблюдать, когда постоянные магниты взаимодействуют между собой (Земля и компас) или притягивают железные предметы.

Что такое механическое явление - Школьные Знания.com

в сосуд с водой помещён куб со стороной 5см. расстояние от верхней грани куба до поверхности воды тоже 5см. с какой силой действует вода на верхнюю ча … сть куба и с какой на нижнюю? найдите действующую на куб силу архимеда.

Вентилятрр обертається з постійною швидкістю і за 2 хв робить 2400 обертів. Визначити частоту обертання, період та лінійну швидкість точки розміщеної … на краю лопасті вентилятора на відстанні 10 см від осі обертання

1. Найдите среднюю квадратичную скорость молекулы Ne при температуре 27°С. Молярная масса неона 0,02 кг/моль. Универсальную газовую постоянную считать … равной 8,31 Дж/(моль*К)2. Найдите концентрацию молекулярного хлора в помещении объемом 60 куб. м, в котором испарилось 10 г хлора. M(Cl₂)=0,071 кг/моль. Постоянную Авогадро считать равной 6*10²³ моль-1.3. При уменьшении объема газа в 1,5 раза, давление увеличилось на 30 кПа, абсолютная температура возросла на 20%. Каково первоначальное давление газа?4. Плоскость контура, ограничивающего площадь 50 см², расположена под углом 60 градусов к направлению магнитных линий. Найдите магнитный поток через контур, если индукция магнитного поля 0,5 Тл.5. Период полураспада некоторого вещества массой 360 г составляет 9 минут. Чему будет равна масса (в граммах) этого вещества через 72 минуты?6. Предмет расположен на главной оптической оси тонкой собирающей линзы. Оптическая сила линзы D = 10 дптр. Изображение предмета действительное, увеличение Г = 3. Найдите расстояние между предметом и его изображением. 7. Свеча находится на расстоянии 14 см от собирающей линзы, оптическая сила которой 10 дптр. На каком расстоянии от линзы получится изображение и каким оно будет?8. Найти период и частоту колебаний в контуре, состоящем из конденсатора емкостью 400пФ (пикофарад) и катушки индуктивностью 4мкГн.

10. Через неподвижный блок переброшена тонкая нерастяжимая нить, на концах которой закреплены грузы массой 2 кг и 6 кг. Найдите силу натяжения нити в процессе движения грузов. Трением пренебречь.11. Плечи рычага равны 2 м и 5 м. К первому плечу приложена сила 10Н, направленная вертикально вниз. Ко второму плечу приложена сила 6Н направленная вниз под углом 30 градусов к горизонту. На каком расстоянии от оси рычага нужно подвесить груз массой 250г, чтобы рычаг пришел в равновесие?12. Два шара массами 2 кг и 5 кг движутся по гладкой поверхности навстречу друг другу со скоростями 5 м/с и 3 м/с соответственно. Найдите скорость шаров после абсолютно неупругого удара.13. При коротком замыкании клемм источника тока сила тока в цепи равна 12 А. При подключении к клеммам электрической лампы электрическим сопротивлением 5 Ом сила тока в цепи равна 2 А. По результатам этих экспериментов определите ЭДС источника тока.14. Найдите x₀, y₀, r₀, v₀x, v₀y, v₀, aₓ, ay, a, vₓ(t), vy(t), v(4) по закону движения тела: x=5–4t+t²y=–2+3t–2t²15.
Найдите закон движения x(t), закон изменения скорости vₓ(t) и проекцию скорости через 3 секунды после начала движения vₓ(3), если x₀=50м, v₀=–5м/с, a=6м/с2, V₀↑↓Ox, a↑↑Ox.16. Тело брошено горизонтально с высоты 200м над поверхностью земли с начальной скоростью 15м/с. Найдите закон движения тела (в координатном виде), закон изменения проекций скорости и полное время полета тела.100 баллов за эту работу

1. Какие брусья следует рассчитывать на устойчивость? 2. Напишите формулу Эйлера для расчета критической силы и назовите входящие величины и их единиц … ы измерения.

Броноувское движение-это И что оно включает себя?пример:___________??

найти изменение магнитного потока через контур площадью сечения 50 см2 , если магнитный поток увеличивается в ней с с 40 мТл до 80 мТл, угол магнитных … линий принять нулевым. полученное значение умножить на 100000 и записать в ответ

Тело движется прямолинейно с ускорением 6,4 м/с? и за 2,7 минпроходит путь 658 м. Определить начальную скорость тела, скорость вконце пути и изменени … е импульса тела, если масса тела 847 г.​

2 К тепловозу массой 210 т приближается вагон массой 60 т. Скоростьтепловоза 6 м/с,а скорость вагона 2 м/с. Определить их скорость после сцепления​

1 Два шара массами 16 ги 346 г движутся навстречу друг другу соскоростями 1,6 м/с и 17,9 м/с соответственно и упруго соударяются.Определить скорость п … ервого шара, если скорость второго послесоударения стала 12,5 м/с.​

В пространство между обкладками плоского конденсатора, между которыми поддерживается постоянное электрическое напряжение, вводится диэлектрическая пла … стина с диэлектрической проницаемостью ε=3. Во сколько раз изменится энергия W конденсатора, если толщина пластины составляет половину расстояния между обкладками конденсатора?

Физика: уроки, тесты, задания.

Физика: уроки, тесты, задания.
    1. Введение.
      Макро- и микромир. Числа со степенью 10
    2. Наблюдения, опыты, измерения, гипотеза, эксперимент
    3. Физические величины. Международная система единиц
    1. Механическое движение.
      Траектория и путь
    2. Скорость. Неравномерное движение. Средняя скорость
    3. Что такое инерция
    4. Взаимодействие тел. Масса тела. Измерение массы тела на весах
    5. Плотность вещества.
      Связь массы, объёма тела с его плотностью
    6. Что такое сила. Сила гравитации. Сила тяжести
    7. Что такое вес тела. Свободное падение
    8. Измерение силы с помощью динамометра
    9. Деформации тел.
      Сила упругости. Закон Гука
    10. Взаимодействие тел. Сила трения
    1. Работа как физическая величина
    2. Мощность как характеристика работы
    3. Простые механизмы.
      Рычаг. Наклонная плоскость
    4. Подвижные и неподвижные блоки
    5. Полезная работа. Коэффициент полезного действия
    6. Энергия как физическая величина. Виды энергии
    1. Строение вещества.
      Молекулы и атомы
    2. Броуновское движение. Диффузия
    3. Притяжение и отталкивание молекул. Смачивание и капиллярность
    4. Изменение свойств веществ. Агрегатные состояния вещества
    1. Что такое давление и сила давления
    2. Давление твёрдых тел
    3. Давление газа.
      Применение сжатого воздуха
    4. Атмосферное давление и его измерение. Опыт Торричелли
    5. Давление в жидкости. Закон Паскаля
    6. Гидростатическое давление. Давление на дне морей и океанов
    7. Сообщающиеся сосуды.
      Водопровод. Шлюзы
    8. Гидравлический пресс. Насосы
    9. Закон Архимеда. Вес тела в жидкости
    10. Действие жидкости и газа на погружённое в них тело. Плавание тел
    11. Выталкивающая сила в газах.
      Воздухоплавание
  1. Класс заполнен на 100 %

    1. Тепловое движение. Связь температуры тела со скоростью движения молекул
    2. Внутренняя энергия. Два способа изменения внутренней энергии
    3. Виды теплопередачи
    4. Количество теплоты как физическая величина
    5. Что такое удельная теплоёмкость вещества
    6. Что такое удельная теплота сгорания топлива
    7. Закон сохранения энергии в механических и тепловых процессах
    1. Плавление и отвердевание тел.
      Температура плавления
    2. Что такое удельная теплота плавления
    3. Парообразование и конденсация
    4. Относительная влажность воздуха и её измерение. Психрометр
    5. Кипение.
      Температура кипения. Удельная теплота парообразования
    6. Объяснение изменений агрегатных состояний вещества
    7. Преобразования энергии в тепловых машинах
    8. Экологические проблемы использования тепловых машин
    1. Проводники, диэлектрики и полупроводники
    2. Взаимодействие заряженных тел.
      Электрическое поле
    3. Закон сохранения электрического заряда
    4. Дискретность электрического заряда. Электрон. Строение атомов
    5. Электрический ток. Электрическая цепь. Гальванические элементы
    6. Электрический ток в металлах.
      Полупроводниковые приборы
    7. Сила тока как физическая величина. Амперметр
    8. Электрическое напряжение как физическая величина. Вольтметр
    9. Электрическое сопротивление как физическая величина. Закон Ома
    10. Удельное сопротивление.
      Реостаты. Резисторы
    11. Последовательное и параллельное соединения проводников. Правила
    12. Понятия работы и мощности электрического тока
    13. Количество теплоты, выделяемое проводником с током
    14. Счётчик электрической энергии
    15. Виды ламп накаливания
    16. Расчёт электроэнергии, потребляемой бытовыми электроприборами
    17. Короткое замыкание.
      Электробезопасность. Плавкие предохранители
    1. Магнитное поле. Направление магнитных линий
    2. Свойства электромагнитов
    3. Постоянные магниты. Магнитное поле Земли
    4. Движение проводника в магнитном поле.
      Электродвигатель. Динамик и микрофон
    1. Источники света. Прямолинейность распространения света
    2. Понятие отражения света. Закон отражения. Плоское зеркало
    3. Понятие преломления света.
      Закон преломления
    4. Линза. Фокусное расстояние линзы. Построение изображений
    5. Оптическая сила линзы. Глаз как оптическая система. Оптические приборы
  1. Класс заполнен на 100 %

    1. Понятие материальной точки.
      Системы отсчёта
    2. Перемещение. Скорость прямолинейного равномерного движения
    3. Прямолинейное равноускоренное движение: мгновенная скорость, ускорение
    4. Графики зависимости величин от времени при равномерном движении
    5. Графики зависимости величин от времени при равноускоренном движении
    6. Графики зависимости кинематических величин от времени при равномерном и равноускоренном движении
    1. Относительность механического движения
    2. Первый закон Ньютона.
      Инерция. Инерциальные системы отсчёта
    3. Второй закон Ньютона. Сила трения скольжения
    4. Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона
    5. Ускорение свободного падения. Изменение веса при движении
    6. Движение тела, брошенного вертикально вверх.
      Невесомость
    7. Закон всемирного тяготения. Гравитационная постоянная
    1. Понятие импульса тела
    2. Закон сохранения импульса. Виды взаимодействий
    3. Что такое реактивное движение
    1. Колебательное движение.
      Амплитуда, частота, период колебаний
    2. Колебательная система. Колебания груза на пружине. Математический маятник
    3. Превращение энергии при колебательном движении
    4. Вынужденные колебания. Резонанс
    5. Поперечные и продольные волны.
      Длина волны
    6. Звуковые волны. Скорость звука
    7. От чего зависят высота, тембр, громкость и резонанс звука
    1. Однородное и неоднородное магнитное поле
    2. Направление магнитных линий прямого проводника с током
    3. Как обнаружить магнитное поле.
      Правило левой руки
    4. Что такое индукция магнитного поля и магнитный поток
    5. Что такое электромагнитная индукция
    6. Направление индукционного тока. Правило Ленца. Явление самоиндукции
    7. Переменный ток.
      Генератор переменного тока
    8. Трансформатор. Передача электрической энергии на расстояние
    9. Электромагнитное поле. Скорость распространения электромагнитных волн
    10. Конденсатор. Колебательный контур. Принципы радиосвязи и телевидения
    11. Электромагнитная теория света
    12. Закон преломления света.
      Показатель преломления
    13. Дисперсия. Спектр. Типы оптических спектров
    14. Постулаты Бора. Поглощение и испускание света атомами. Линейчатые спектры
    1. Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов.
      Опыты Резерфорда
    2. Протонно-нейтронная модель ядра. Энергия связи частиц в ядре
    3. Альфа-, бета- и гамма-излучения. Радиоактивные превращения атомных ядер
    4. Методы наблюдения и регистрации частиц в ядерной физике
    5. Механизм деления ядер урана.
      Протекание цепной реакции

Понятия модели, физического явления и среды

Вернуться к содержанию

  Модель – это материальный или идеальный объект, замещающий исследуемую систему и адекватным образом отображающий ее существенные стороны. Модель объекта отражает его наиболее важные качества, пренебрегая второстепенными [1].

   Компьютерная модель (англ. computer model), или численная модель (англ. computational model) – компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительных узлов), реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем.

  Говоря о компьютерной реконструкции, мы будем подразумевать разработку компьютерной модели определенного физического явления или среды.

    Физическое явление – процесс изменения положения или состояния физической системы. Физическое явление характеризуется изменением определенных физических величин, связанных между собой. Например, к физическим явлениям относятся все известные виды взаимодействия материальных частиц.

  На рисунке 1 представлена компьютерная динамическая модель изменения магнитного поля, образованного двумя магнитами, в зависимости от положения и ориентации магнитов относительно друг друга.

Рисунок 1 - Компьютерная динамическая модель изменения магнитного поля

   Представленная компьютерная модель отражает динамику изменения параметров магнитного поля методом графической визуализации изолиниями. Построение изолиний магнитного поля осуществляется в соответствии с физическими зависимостями, учитывающими полярность магнитов при их определенном расположении и ориентации в плоскости.

   Рисунок 2 иллюстрирует компьютерную имитационную модель течения воды в открытом русле, ограниченном стенками длинного стеклянного лотка.

Рисунок 2 - Компьютерная имитационная модель течения воды в открытом русле

   Расчет параметров открытого потока (формы свободной поверхности, расхода и напора воды и др.) в данной модели выполняется в соответствии с законами гидродинамики открытых потоков. Расчетные зависимости составляют основу алгоритма, согласно которому производится построение модели потока воды в виртуальном трехмерном пространстве в реальном времени. Представленная компьютерная модель позволяет произвести геометрические замеры отметок поверхности воды в различных точках по длине потока, а также, определить расход воды и другие вспомогательные параметры. На основании полученных данных можно исследовать реальный физический процесс.

    В приведенных примерах рассматриваются компьютерные имитационные модели с графической визуализацией физического явления. Однако компьютерные модели могут и не содержать визуальной или графической информации об объекте исследования. Тот же самый физический процесс или явление можно представить в виде набора дискретных данных, причем используя тот же алгоритм, на котором строилась имитационная визуальная модель.

   Таким образом, основной задачей построения компьютерных моделей является функциональное исследование физического явления или процесса с получением исчерпывающих аналитических данных, а уже второстепенных задач может быть много, в том числе и графическая интерпретация модели с возможностью интерактивного взаимодействия пользователя с компьютерной моделью.

   Далее мы будем говорить о компьютерном моделировании физических сред и характерных для них явлений. Под физической средой подразумеваются определенные механические системы.

 Механическая система (или система материальных точек) – совокупность материальных точек (или тел, которые по условию задачи оказалось возможным рассматривать как материальные точки).

   В технических науках среды разделяют на сплошные (непрерывные) и дискретные среды. Данное разделение является в некоторой степени приближением или аппроксимацией, поскольку физическая материя по своей сути дискретна, а понятие непрерывности (континуума) относится к такой величине, как время. Другими словами, такая «сплошная» среда как, например, жидкость или газ состоит из дискретных элементов – молекул, атомов, ионов и т.д., однако математически описать изменение во времени этих структурных элементов крайне сложно, поэтому к таким системам вполне обосновано применяются методы механики сплошных сред.

Библиографические ссылки:

[1] – Дворецкий С.И., Муромцев Ю.Л., Погонин В.А. Моделирование систем. – М.: Изд. центр «Академия», 2009. – 320 с.

Вернуться к содержанию

При копировании материалов ссылка на сайт www.sunspire.ru обязательна. Также, вы можете использовать библиографическую ссылку на учебное пособие:

 

"Белов, В.В. Компьютерная реализация решения научно-технических и образовательных задач: учебное пособие / В.В. Белов, И.В. Образцов, В.К. Иванов, Е.Н. Коноплев // Тверь: ТвГТУ, 2015. 108 с."

Физика 7 класс Механические явления | Презентация к уроку по физике (7 класс):

Слайд 1

Механические 7 класс явления

Слайд 2

Содержание 1. Движение и взаимодействие тел во время спортивных соревнований 2. Движение и взаимодействие тел в космосе 3. Движение и взаимодействие тел в быту 4. Движение и взаимодействие тел на производстве 5. Движение и взаимодействие тел в животном мире 6. Движение и взаимодействие тел в городе 7. Движение и взаимодействие тел в организме 8. Задание для закрепления 9. Тест 10. Используемые источники: литература и интернет-сайты

Слайд 3

1. Движение и взаимодействие тел во время спортивных соревнований «Содержание»

Слайд 4

2. Движение и взаимодействие тел в космосе «Содержание»

Слайд 5

3. Движение и взаимодействие тел в быту «Содержание»

Слайд 6

4. Движение и взаимодействие тел на производстве «Содержание»

Слайд 7

5. Движение и взаимодействие тел в животном мире «Содержание»

Слайд 8

6. Движение и взаимодействие тел в городе «Содержание»

Слайд 9

7. Движение и взаимодействие тел в организме «Содержание»

Слайд 10

8. Задание для закрепления 1. Катится шар. 3. Слышны раскаты грома. 5. Снег тает. 7. Звёзды мерцают. 9. Вода кипит. 11. Наступает рассвет. 13. Плывёт бревно. 15. Колеблется маятник часов. Какие явления относятся к механическим? 2. Плавится синец. 4. Холодает. 6. Плывут облака. 8. Эхо. 10. Летит голубь. 12. Сверкает молния. 14. Шелестит листва. 16. Горит электрическая лампочка. «Содержание»

Слайд 11

9. Тест 1. Относится ли к механическому явлению когда скачет мяч? а) нет б) да в) зависит от того чей мяч 2. Расстояние, пройденное телом за некоторый промежуток времени, называют: а) траектория б) пройденный путь в) метр 3. Совершают ли движение рыбы относительно земли? а) нет б) да в) они водоплавающие 4. Движется ли панцирь относительно черепахи? а) да б) нет в) зависит от возраста черепахи 5. Какую траекторию движения имеют молекулы газа? а) криволинейную б) прямолинейную в) ломанную линию «Содержание»

Слайд 12

10. Используемые источники: литература и интернет-сайты А.В. Перышкин «Физика 7 класс» А.В. Перышкин «Сборник задач по физике 7-9 классы» В.А. Волков «Поурочные разработки по физике» https:// yandex. ru/images/search?text =%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F https:// yandex.ru/images/search?p =46&text=%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%B2%20%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%B5 https:// yandex.ru/images/search?text =%D1%81%D0%BE%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%B1%D1%8B%D1%82 https:// yandex.ru/images/search?p =1&text=%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B8%D0%B7%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE https:// yandex.ru/images/search?p =14&text=%D0%B6%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%BC%D0%B8%D1%80 https://yandex.ru/images/search?p=31&text=%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%B2%20%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5 http://tepka.ru/fizika_7/1.3.html «Содержание»

Механические и тепловые явления | Природоведение. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, конспект, сочинение, ГДЗ, тест, книга

Механические явления (рис. 33) происходят с телами в процессе их движения. Движением на­зывают перемещение тел относительно друг дру­га. Перемещаются стрелки и маятник часов, течёт вода в реке, летит самолёт, с горы спускается лыж­ник, Земля вращается вокруг Солнца — всё это примеры механических явлений. При этом каждое тело перемещается по-разному: одно — быстрее, другое — медленнее, одно на большое расстояние, другое — на короткое. Да и продолжительность движения каждого тела разная.

Рис. 33. Механические явления

Механические явления — явления, связанные с движением тел. К движению применяют такие ха­рактеристики, как скорость, путь, время.

Животные движутся с разной скоростью

Одной из характеристик механических явлений является скорость движения тела. Чтобы вычис­лить скорость движения тела, надо пройденный телом путь разделить на время, в течение которого оно двигалось. Подобные задачи вы неоднократно решали на уроках математики в начальной школе.

Неподвижных тел не бывает. Даже здания, горы, камни перемещаются вместе с Землёй вокруг Солн­ца и участвуют в суточном вращении Земли.

Тепловыми явлениями называют явления, кото­рые сопровождаются нагреванием либо охлажде­нием тел. Таяние или образование льда, испарение воды, нагревание чайника — примеры тепловых яв­лений (рис. 34). При нагревании температура тела повышается, а при охлаждении — понижается. Материал с сайта //iEssay.ru

Рис. 34. Тепловые явления

Тепло всегда передаётся от более нагретого тела к менее нагретому. Например, если в холодную чашку налить горячий чай, то она нагреется.

Воздух — надёжная защита Земли от чрезмер­ного нагревания Солнцем. Благодаря воздуху на Земле не бывает больших различий между днев­ной и ночной температурой. Чего не скажешь о Луне, у которой нет «воздушного одеяла». По­этому днём на Луне температура может быть +130 °С, а ночью -160 °С.

На этой странице материал по темам:
  • реферат по теме теловые явления

Механическое движение - материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

 


Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: механическое движение и его виды, относительность механического движения, скорость, ускорение.

Понятие движения является чрезвычайно общим и охватывает самый широкий круг явлений. В физике изучают различные виды движения. Простейшим из них является механическое движение. Оно изучается в механике.
Механическое движение — это изменение положение тела (или его частей) в пространстве относительно других тел с течением времени.

Если тело A меняет своё положение относительно тела B, то и тело B меняет своё положение относительно тела A. Иначе говоря, если тело A движется относительно тела B, то и тело B движется относительно тела A. Механическое движение является относительным — для описания движения необходимо указать, относительно какого тела оно рассматривается.

Так, например, можно говорить о движении поезда относительно земли, пассажира относительно поезда, мухи относительно пассажира и т. д. Понятия абсолютного движения и абсолютного покоя не имеют смысла: пассажир, покоящийся относительно поезда, будет двигаться с ним относительно столба на дороге, совершать вместе с Землёй суточное вращение и двигаться вокруг Солнца.
Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчёта.

Основной задачей механики является определение положения движущегося тела в любой момент времени. Для решения этой задачи удобно представить движение тела как изменение координат его точек с течением времени. Чтобы измерить координаты, нужна система координат. Чтобы измерять время, нужны часы. Всё это вместе образует систему отсчёта.

Система отсчёта — это тело отсчёта вместе с жёстко связанной с ним («вмороженной»» в него) системой координат и часами.
Система отсчёта показана на рис. 1. Движение точки рассматривается в системе координат . Начало координат является телом отсчёта.

Рисунок 1.

 

Вектор называется радиус-вектором точки . Координаты точки являются в то же время координатами её радиус-вектора .
Решение основной задачи механики для точки состоит в нахождении её координат как функций времени: .
В ряде случаев можно отвлечься от формы и размеров изучаемого объекта и рассматривать его просто как движущуюся точку.

Материальная точка — это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
Так, поезд можно считать материальной точкой при его движении из Москвы в Саратов, но не при посадке в него пассажиров. Землю можно считать материальной точкой при описании её движения вокруг Солнца, но не её суточного вращения вокруг собственной оси.

К характеристикам механического движения относятся траектория, путь, перемещение, скoрость и ускорение.

Траектория, путь, перемещение.

 

В дальнейшем, говоря о движущемся (или покоящемся) теле, мы всегда полагаем, что тело можно принять за материальную точку. Случаи, когда идеализацией материальной точки пользоваться нельзя, будут специально оговариваться.

Траектория — это линия, вдоль которой движется тело. На рис. 1 траекторией точки является синяя дуга, которую описывает в пространстве конец радиус-вектора .
Путь — это длина участка траектории, пройденного телом за данный промежуток времени.
Перемещение — это вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела.
Предположим, что тело начало движение в точке и закончило движение в точке (рис. 2). Тогда путь, пройденный телом, это длина траектории . Перемещение тела — это вектор .

Рисунок 2.

 

Скорость и ускорение.

 

Рассмотрим движение тела в прямоугольной системе координат с базисом (рис. 3).
Рисунок 3.

 

Пусть в момент времени тело находилось в точке с радиус-вектором

Спустя малый промежуток времени тело оказалось в точке с
радиус-вектором

Перемещение тела:

(1)

Мгновенная скорость в момент времени - это предел отношения перемещения к интервалу времени , когда величина этого интервала стремится к нулю; иными словами, скорость точки - это производная её радиус-вектора:

(2)

Из (2) и (1) получаем:

Коэффициенты при базисных векторах в пределе дают производные:

(Производная по времени традиционно обозначается точкой над буквой. ) Итак,

Мы видим, что проекции вектора скорости на координатные оси являются производными координат точки:

Когда стремится к нулю, точка приближается к точке и вектор перемещения разворачивается в направлении касательной. Оказывается, что в пределе вектор направлен точно по касательной к траектории в точке . Это и показано на рис. 3.

Понятие ускорения вводится похожит образом. Пусть в момент времени скорость тела равна , а спустя малый интервал скорость стала равна .
Ускорение - это предел отношения изменения скорости к интервалу , когда этот интервал стремится к нулю; иначе говоря, ускорение - это производная скорости:

Ускорение, таким образом, есть "cкорость изменения скорости". Имеем:

Следовательно, проекции ускорения являются производными проекций скорости (и, стало быть, вторыми производными координат):

Закон сложения скоростей.

 

Пусть имеются две системы отсчёта. Одна из них связана с неподвижным телом отсчёта . Эту систему отсчёта обозначим и будем называть неподвижной.
Вторая система отсчёта, обозначаемая , связана с телом отсчёта , которое движется относительно тела со скоростью . Эту систему отсчёта называем движущейся. Дополнительно предполагаем, что координатные оси системы перемещаются параллельно самим себе (нет вращения системы координат), так что вектор можно считать скоростью движущейся системы относительно неподвижной.

Неподвижная система отсчёта обычно связана с землёй. Если поезд плавно едет по рельсам со скоростью , это система отсчёта, связанная с вагоном поезда, будет движущейся системой отсчёта .

Заметим, что скорость любой точки вагона (кроме вращающихся колёс!) равна . Если муха неподвижно сидит в некоторой точке вагона, то относительно земли муха движется со скоростью . Муха переносится вагоном, и потому скорость движущейся системы относительно неподвижной называется переносной скоростью.

Предположим теперь, что муха поползла по вагону. Скорость мухи относительно вагона (то есть в движущейся системе ) обозначается и называется относительной скоростью. Скорость мухи относительно земли (то есть в неподвижной системе ) обозначается и называется абсолютной скоростью.

Выясним, как связаны друг с другом эти три скорости - абсолютная, относительная и переносная.
На рис. 4 муха обозначена точкой .Далее:
- радиус-вектор точки в неподвижной системе ;
- радиус-вектор точки в движущейся системе ;
- радиус-вектор тела отсчёта в неподвижной системе .

Рисунок 4.

 

Как видно из рисунка,

Дифференцируя это равенство, получим:

(3)

(производная суммы равна сумме производных не только для случая скалярных функций, но и для векторов тоже).
Производная есть скорость точки в системе , то есть абсолютная скорость:

.

Аналогично, производная есть скорость точки в системе , то есть относительная скорость:


А что такое ? Это скорость точки в неподвижной системе, то есть - переносная скорость движущейся системы относительно неподвижной:

В результате из (3) получаем:

Закон сложения скоростей. Скорость точки относительно неподвижной системы отсчёта равна векторной сумме скорости движущейся системы и скорости точки относительно движущейся системы. Иными словами, абсолютная скорость есть сумма переносной и относительной скоростей.

Таким образом, если муха ползёт по движущемуся вагону, то скорость мухи относительно земли равна векторной сумме скорости вагона и скорости мухи относительно вагона. Интуитивно очевидный результат!

Виды механического движения.

 

Простейшими видами механического движения материальной точки являются равномерное и прямолинейное движения.
Движение называется равномерным, если модуль вектора скорости остаётся постоянным (направление скорости при этом может меняться).

Движение называется прямолинейным, если направление вектора скорости остаётся постоянным (а величина скорости при этом может меняться). Траекторией прямолинейного движения служит прямая линия, на которой лежит вектор скорости.
Например, автомобиль, который едет с постоянной скоростью по извилистой дороге, совершает равномерное (но не прямолинейное) движение. Автомобиль, разгоняющийся на прямом участке шоссе, совершает прямолинейное (но не равномерное) движение.

А вот если при движении тела остаются постоянными как модуль скорости, так и его направление, то движение называется равномерным прямолинейным.

В терминах вектора скорости можно дать более короткие определения данным типам движения:

    • равномерное движение
    • прямолинейное движение
    • равномерное прямолинейное движение

Важнейшим частным случаем неравномерного движения является равноускоренное движение, при котором остаются постоянными модуль и направление вектора ускорения:

  • равноускоренное движение

Наряду с материальной точкой в механике рассматривается ещё одна идеализация - твёрдое тело.
Твёрдое тело - это система материальных точек, расстояния между которыми не меняются со временем. Модель твёрдого тела применяется в тех случаях, когда мы не можем пренебречь размерами тела, но можем не принимать во внимание изменение размеров и формы тела в процессе движения.

Простейшими видами механического движения твёрдого тела являются поступательное и вращательное движения.
Движение тела называется поступательным, если всякая прямая, соединяющая две какие-либо точки тела, перемещается параллельно своему первоначальному направлению. При поступательном движении траектории всех точек тела идентичны: они получаются друг из друга параллельным сдвигом (рис. 5).

Рисунок 5.

 

Движение тела называется вращательным, если все его точки описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. При этом центры данных окружностей лежат на одной прямой, которая перпендикулярна всем этим плоскостям и называется осью вращения.

На рис. 6 изображён шар, вращающийся вокруг вертикальной оси. Так обычно рисуют земной шар в соответствующих задачах динамики.

Рисунок 6.

 

Mechanical Phenomenon - обзор

6 Наименьшее, лучшее и другие варианты

Одним из важнейших принципов классической механики является PLA. Это часть долгой истории поиска основных принципов и их соответствующей математической формулировки. 13 Как уже подчеркивал Планк, его применимость не ограничивается только механическими явлениями, но применима также к тепловым и электродинамическим событиям (см. [9]).

Самая популярная математическая формулировка PLA была найдена сэром Уильямом Роуэном Гамильтоном с помощью вариационного исчисления.

Он поднял вопрос, как отличить оптимальную траекторию движущегося тела от бесконечного множества (виртуальных) других, и решил эту проблему, оптимизируя интеграл по лагранжиану тела

(18) ∫t1t2L (r˙ (t), undefinedr (t)) dt → opt.!

с лагранжианом L , определяемым как разность между кинетической энергией и потенциалом объемных сил или - в терминах, используемых здесь - как преобразование Лежандра функции Гамильтона H

(19) L = H −v⋅P.

На языке вариационного исчисления это читается как

(20) δ∫t1t2L (r˙ (t), r (t)) dt = ∫t1t2δL (r˙ (t), r (t)) dt = undefined0,

и называется принципом Гамильтона (см. [10]).

В свете соображений предыдущих разделов и с учетом замечания Планка кажется необходимым вернуться к вопросу о том, какое количество должно быть оптимизировано.

Анализ уравнения. (19) можно понять, что лагранжиан L является разницей между H и произведением сохраненной величины P и связанной с ней интенсивной переменной v .Другими словами: H уменьшается из-за формы энергии величины P , для которой существует условие зацепления (то есть уравнение (17) 1 . В классической механике, где существуют только материальные точки и силы H обозначает полную энергию системы n -многих частиц.

Теперь рассмотрим систему тело-поле из раздела 5 и ее преобразованную по Лежандру энергию E с соответствующим полным дифференциалом

(21) dE = v⋅dP − F⋅dr + Ω⋅dL − M⋅dα + T * dS − p * dV + μk * dNk + UdQ − I * dΞ.

По аналогии с лагранжианом (19) очевидно, что энергия E должна быть уменьшена формами энергии P , L и Q , для которых существуют условия зацепления, т.е. и угловой момент, а также заряд. Это делается с помощью соответствующего трехкратного преобразования Лежандра

(22) E [P, L, Q]: = E − ∂E∂P⋅P − ∂E∂L⋅L − ∂E∂QQ = E − v ⋅P − Ω⋅L − UQ.

Очевидно, E [ P , L , Q ] является расширением классического лагранжиана.[P, L, Q] (r, r˙, α, α˙, Ξ, Ξ˙, S, V, Nk).

Эта функция намного сложнее лагранжиана L и включает переменные, необходимые для описания необратимых явлений реальных процессов. Из его списка переменных ясно, что мы должны учитывать не только вектор положения и скорость, но и угловое положение и скорость, а также магнитный поток и его производную по времени, энтропию, объем и количество частиц.

Использование энергоподобной функции (24) гарантирует совместимость пространства Гиббса и пространства параметров, которое впервые было вызвано использованием условий зацепления (9) и (10).

Следует сделать несколько замечаний относительно природы E [ P , L , Q ] : Его полный дифференциал (23) содержит последние три формы энергии, составляющие общую энергию E * рассматриваемой системы - (3) - родовыми моделями S , V и N k . Все остальные изначальные формы энергии исчезли в результате преобразований Лежандра. Две из этих последних трех форм энергии, относящиеся к родовым моделям S и N k вместе с их сопряженными T * и μ * , могут быть представлены соответствующими балансами, каждая из которых приводит к плотности потока. и термин «плотность производства».Оба типа членов проявляют чистые эффекты диссипации. Кроме того, другие условия продукта уравнения. (23) обозначают диссипативные эффекты, которые могут быть объединены алгебраическими манипуляциями таким образом, что они возникают как части двух балансов импульса системы для линейного и углового момента. Остальные электромагнитные воздействия, описанные U и Ξ - местная электрическая сила и магнитный поток - вместе с их сопряженными Q и I - зарядом тела и электрическим током соответственно - также оказываются чисто диссипативными.Громоздкий анализ показывает, как связать эти различные электромагнитные эффекты необратимости с условиями плотности потока и плотности производства, а также с упомянутыми выше балансами импульса. [P, L, Q] (r , r˙, α, α˙, Ξ, Ξ˙, S, V, Nk) dt = 0.

Это приводит к новой далеко идущей интерпретации физического смысла PLA:

«Без дополнительных ограничений любой необратимый процесс в природе протекает таким образом, что диссипация во время процесса сводится к минимуму». 15

Исходя из этого вывода, знаменитый тезис Лейбница может быть переведен с чисто механистической картины мира на реалистичную: поскольку необратимость и диссипация неизбежны в реальных процессах, лучший способ - это запустить их с наименьшими затратами. диссипация.Поскольку эта интерпретация не ограничивается стационарными процессами, она обобщает утверждение Пригожина о том, что для стационарных необратимых процессов производство энтропии минимально (см. [11]).

Следуя классической цепочке мысли, будут исследованы характеристики преобразования этого интеграла действия, чтобы найти симметрии и их свойства. С этой целью координаты пространства, времени, углового положения и магнитного потока теперь могут подвергаться непрерывным преобразованиям с r -многими параметрами вида

(27) t¯: = Y ^ t (r, α, Ξ, t, ϖ), r¯i: = Y ^ ri (r, α, Ξ, t, ϖ), α¯i: = Y ^ αi (r, α, Ξ, t, ϖ), Ξ¯: = Y ^ Ξ (r, α, Ξ, t, ϖ),

где вектор ϖ содержит r - множество параметров преобразования.[P, L, Q] (r, r˙, α, α˙, Ξ, Ξ˙, S, V, Nk) = ϖvdϑvdt (r, α, Ξ, S, V, Nk) + O (ϖ).

Для дальнейшего изучения функции преобразования разложены в ряды около ϖ = 0

(30) t¯ = t + ϖvτv (r, α, Ξ, t, ϖ) + HOT (ϖ), r¯i (t¯) = ri (t) + ϖvξvi (r, α, Ξ, t, ϖ) + HOT (ϖ), α¯i (t¯) = αi (t) + ϖvλvi (r, α,, t ,) + HOT (ϖ), Ξ¯ (t¯) = Ξ (t) + ϖvηv (r, α, Ξ, t, ϖ) + HOT (ϖ),

с бесконечно малыми генераторами, определенными как

( 31) τv (r, α, Ξ, t, ϖ): = ∂Yt∂ϖv (r, α, Ξ, t, ϖ) | ϖ = 0ξvi (r, α, Ξ, t, ϖ): = ∂Yri ∂ϖv (r, α, Ξ, t, ϖ) | ϖ = 0λvi (r, α, Ξ, t, ϖ): = ∂Yαi∂ϖv (r, α, Ξ, t, ϖ) | ϖ = 0ηv ( r, α, Ξ, t, ϖ): = ∂Yt∂ϖv (r, α, Ξ, t, ϖ) | ϖ = 0.

Следующие шаги соответствуют стандартной процедуре вывода знаменитой теоремы Эмми Нётер:

Условие инвариантности (29) будет дифференцировано относительно параметров преобразования для получения соотношений, обеспечивающих инвариантность; разведки на ϖ = 0 будет достаточно.

Вывод необходимых дифференциалов, включение в условие инвариантности и

Исследование необходимого условия минимума интеграла действия.

После некоторых длительных алгебраических манипуляций мы приходим к расширенному фундаментальному тождеству инвариантности

(32) [∂E [P, L, Q] ∂ri − ddt∂E [P, L, Q] ∂r˙ i + T * ∂S∂ri − p * ∂V∂ri + μ * ∂Nk∂ri] ξvi + [∂E [P, L, Q] ∂αi − ddt∂E [P, L, Q] ∂α˙ i + T * ∂S∂αi − p * ∂V∂αi + μ * ∂Nk∂αi] λvi + [∂E [P, L, Q] ∂Ξi − ddt∂E [P, L, Q] ∂Ξ˙ i + T * ∂S∂Ξi − p * ∂V∂Ξi + μ * ∂Nk∂Ξi] ηvi− [∂E [P, L, Q] ∂ri − ddt∂E [P, L, Q] ∂r ˙i + T * ∂S∂ri − p * ∂V∂ri + μ * ∂Nk∂ri] r˙iτv− [∂E [P, L, Q] ∂αi − ddt∂E [P, L, Q ] ∂α˙i + T * ∂S∂αi − p * ∂V∂αi + μ * ∂Nk∂αi] α˙iτv− [∂E [P, L, Q] ∂Ξi − ddt∂E [P, L, Q] ∂Ξ˙i + T * ∂S∂Ξi − p * ∂V∂Ξi + μ * ∂Nk∂Ξi] Ξ˙τv + ddt {[E [P, L, Q] −∂E [P , L, Q] ∂r˙ir˙i − ∂E [P, L, Q] ∂α˙iα˙i − ∂E [P, L, Q] ∂Ξ˙iΞ˙] τv + ∂E [P, L , Q] ∂r˙iξvi + ∂E [P, L, Q] ∂α˙iλvi + ∂E [P, L, Q] ∂Ξ˙ηv − ϑv} = 0.

Вместе с сокращением

(33) ∂E [P, L, Q] ∂z − ddt∂E [P, L, Q] ∂z˙ + T * ∂S∂z − p * ∂V∂z + μ * ∂Nk∂z =: EEL, z, z∈ {ri, αi, Ξ},

и обратное преобразование (22) окончательно инвариантность Нётер получается

(34) EEL, ri (ξvi − r ˙iτv) + EEL, αi (λvi − α˙iτv) + EEL, Ξ (ηi − Ξ˙τv) + ddt (Eτv − Piξvi − Liλvi − Qηv − ϑv) = 0.

Чтобы выполнить необходимые условия ПЛА для минимума интеграла действия, уравнения Эйлера – Лагранжа соответствующей вариационной задачи должны тождественно обращаться в нуль.Как можно легко рассчитать из уравнения. (26) выражения E EL , z из сокращения (33) дают рассматриваемые уравнения

(35) EEL, z =! 0; z∈ {ri, αi, Ξ}.

Это приводит к расширенной версии знаменитой теоремы, которую немецкий математик Эмми Нётер дал в 1918 году.

(36) Eτv − Piξvi − Liλvi − Qηv − ϑv = const.

Для вывода окончательных законов сохранения имеет смысл распределить скалярные калибровочные функции согласно

(37) ϑvP + ϑvL + ϑvQ = ϑv.

Затем, переупорядочивая уравнение. (36) приводит к тождеству

(38) Eτv - (- Piξvi − ϑvP) + (- Liλvi − ϑvL) + (- Qηv − ϑvQ) −const. = 0.

Для получения законов сохранения сначала задается роль калибровочных функций путем отнесения их к соответствующим генерикам полей

(39) ϑvP: = Pifieldξvi, ϑvL: = Lifieldλvi, ϑvQ: = Qem − fieldηv,

которые эквивалентны утверждению, что соответствующие «поля» существуют.

Поскольку P , L и Q независимы, как и генераторы бесконечно малых, четыре скобки можно рассматривать независимо; это достигается установкой трех из четырех бесконечно малых генераторов на ноль за один раз.Тогда получаем четыре уравнения

(40) Eτv = const.

(41) −ξvi (Pi + Pifield) = const. − λvi (Li + Lifield) = const.i = 1,2,3. − ηv (Q + Qem − field) = const.

Первый закон сохранения теперь под рукой. Для τ v = 1, т.е. аффинного преобразования временной координаты,

(42) E = const.

сразу следует. Уравнение (42) дает поразительный результат:

(1)

Даже для необратимых процессов можно показать сохранение трехкратной преобразованной по Лежандру энергии E .

(2)

Сохраняемое свойство напрямую связано с использованием аффинной временной координаты, то есть с координатой, начало которой может быть сдвинуто произвольно.

Утверждение 1 указывает на определенное ограничение: сохранение энергии в этом контексте является только локальным свойством и не может быть обобщено безоговорочно. Таким образом, произвольность происхождения времени препятствует использованию закона сохранения энергии (в этой локальной форме) в связи с нелокальными явлениями. 16

Из ур. (43) получаем три дополнительных закона сохранения

(43) Pi + Pifield = const.Li + Lifield = const.i = 1,2,3,

Q + Qem − field = const.

, если соответствующий бесконечно малый генератор является константой, т.е. соответствующее преобразование является аффинным.

Интерпретация уравнения. (43) совершенно ясно: линейный момент и угловой момент являются сохраняющимися типами системы, вложенной в заданное поле инерции. Другими словами: сохранение осуществляется через поле инерции . Любое изменение линейного и углового момента тела должно быть компенсировано соответствующим изменением инерционного поля. То же самое касается сохранения заряда. Здесь электромагнитное поле - двойник тела. Сохранение количества движения связано с аффинными пространственными координатами; сохранение углового момента требует аффинной угловой ориентации системы координат. Для сохранения заряда нулевую точку магнитного потока можно выбрать произвольно.

Относительно этих результатов необходим важный комментарий: с помощью преобразования Лежандра была построена обобщенная функция Лагранжа L путем вычитания из (сохраненной) энергии энергетические формы некоторых обобщений, которые считаются подходящими для построения сети адекватные координаты пространства параметров. Путем длительной математической процедуры была получена теорема, доказывающая сохранение именно тех генериков, которые использовались для построения.

Подтверждено только то, что было вставлено в качестве предположения?

Ответ на этот вопрос становится довольно ясным, если внимательно посмотреть на результат PLA в связи с расширенной версией теоремы Нётер: отправная точка, функция L , определяется с помощью GFD и AT, соответственно.По этой причине никакие консервативные количества не использовались для определения L априори.

PLA, наряду с теоремой Нётер, является инструментом, позволяющим сделать некоторые обобщения консервативными, вытекающими из принципа оптимизации путем математического построения. Таким образом, можно избежать обычного введения консервативных качеств традиционной метафизики. Кроме того, математическая процедура предоставляет инструкции, как выбрать правильные параметры проекции, то есть координаты для пространства и времени и другие.Это основной результат PLA в связи с альтернативной теорией.

Пространство и время являются результатом выбора назначенных родовых типов и полного набора расширенных переменных. Последние являются настоящими примитивами, т. Е. Неприводимыми элементами теории. Принцип Каллена открывает возможность определить этот набор и идентифицировать сохраняемые количества. На втором этапе правильные координаты проекции могут быть вычислены с помощью PLA и теоремы Нётер. Таким образом, в отличие от опыта и исторического развития, экстенсивные переменные являются первичными категориями, в то время как пространство и время - просто условности, вытекающие из расчетов.

2: Применение моделей к механическим явлениям

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
Без заголовков

В этой главе мы продолжим работу с моделью Energy-Interaction Model . Мы добавляем все виды механических взаимодействий к тепловым взаимодействиям, которые мы рассматривали в главе 1.(Примечание: термин «механическое» в фазе «механические взаимодействия» обычно используется для обозначения всего, кроме теплового. Поскольку модель энергетического взаимодействия буквально применяется ко всем видам взаимодействия , с которыми когда-либо сталкивались ученые, мы мы лишь слегка коснемся области применения этой мощной модели. Однако мы уделим некоторое внимание одной области применения, которая часто встречается во многих явлениях - вибрируют все виды объектов, от атомов и молекул до мостов и небоскребов. , то есть они двигаются вперед и назад или колеблются очень предсказуемым образом.

  • 2.1: Куда мы направляемся?
    В этой второй главе мы продолжаем работать с моделью взаимодействия энергии. Мы добавляем все виды механических взаимодействий к тепловым взаимодействиям, которые мы рассматривали в главе 1. Термин «механический» обычно используется для обозначения всего, кроме теплового. В этой главе мы представляем вводную модель осциллятора массы и пружины как приложение модели взаимодействия энергии. Модель пружинно-массового осциллятора также будет играть важную роль в главе 3 для модели частиц материи.
  • 2.2: Сила
    В главе 1 мы сосредоточились на передаче энергии за счет тепла. В этой главе мы сосредоточимся на передаче энергии в результате работы. Чтобы понять работу, нам нужно понять основы силы.
  • 2.3: Работа
    Мы готовы осмыслить идею работы как передачи энергии от одной физической системы к другой или от одного объекта к другому.
  • 2.4: Механическая энергия
    Механическая энергия - это энергия, соответствующая скорости и положению объектов. Мы рассмотрим, как модель взаимодействия энергии применяется к объектам, которые меняют скорость и положение. Мы также рассмотрим примеры преобразования механической энергии во внутреннюю.
  • 2.5: Осциллятор пружина-масса
    В этом разделе описывается потенциальная энергия для системы пружина-масса.
  • 2.6: График энергий
    Мы проиллюстрируем сохранение энергии путем нанесения значений энергии в диапазоне интервала.
  • 2.7: Сила и потенциальная энергия
    Представлена ​​математическая связь между силой и потенциальной энергией.
  • 2.8: Оглядываясь назад и вперед

механики | Определение, примеры, законы и факты

Механика , наука, изучающая движение тел под действием сил, включая особый случай, когда тело остается в покое.В первую очередь проблема движения - это силы, которые тела действуют друг на друга. Это приводит к изучению таких тем, как гравитация, электричество и магнетизм, в зависимости от природы задействованных сил. Учитывая силы, можно искать способ, которым тела движутся под действием сил; это предмет собственно механики.

Британская викторина

Викторина "Все о физике"

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Исторически механика была одной из первых возникших точных наук. Его внутренняя красота как математической дисциплины и ранний замечательный успех в количественном учете движений Луны, Земли и других планетных тел оказали огромное влияние на философскую мысль и послужили толчком для систематического развития науки.

Механику можно разделить на три раздела: статика, которая имеет дело с силами, действующими на покоящееся тело и в нем; кинематика, описывающая возможные движения тела или системы тел; и кинетика, которая пытается объяснить или предсказать движение, которое произойдет в данной ситуации.В качестве альтернативы механику можно разделить по типу изучаемой системы. Простейшей механической системой является частица, определяемая как настолько маленькое тело, что его форма и внутренняя структура не имеют значения в данной задаче. Более сложным является движение системы из двух или более частиц, которые действуют друг на друга и, возможно, испытывают силы, действующие со стороны тел вне системы.

Принципы механики были применены к трем общим областям явлений.Движение таких небесных тел, как звезды, планеты и спутники, можно предсказать с большой точностью за тысячи лет до того, как они произойдут. (Теория относительности предсказывает некоторые отклонения от движения в соответствии с классической или ньютоновской механикой; однако они настолько малы, что их можно наблюдать только с помощью очень точных методов, за исключением задач, затрагивающих всю или большую часть обнаруживаемой Вселенной. ) Как вторая область, обычные объекты на Земле вплоть до микроскопических размеров (движущиеся со скоростью намного ниже скорости света) должным образом описываются классической механикой без значительных исправлений.Инженер, проектирующий мосты или самолеты, может с уверенностью использовать ньютоновские законы классической механики, даже если силы могут быть очень сложными, а вычислениям не хватает прекрасной простоты небесной механики. Третья область явлений включает поведение материи и электромагнитного излучения в атомном и субатомном масштабах. Хотя вначале были достигнуты ограниченные успехи в описании поведения атомов в терминах классической механики, эти явления должным образом рассматриваются в квантовой механике.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Классическая механика занимается движением тел под действием сил или равновесием тел, когда все силы уравновешены. Предмет можно рассматривать как разработку и применение основных постулатов, впервые сформулированных Исааком Ньютоном в его Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687), широко известном как Principia . Эти постулаты, называемые законами движения Ньютона, изложены ниже.Их можно использовать для предсказания с большой точностью самых разных явлений, от движения отдельных частиц до взаимодействий очень сложных систем. В этой статье обсуждается множество этих приложений.

В рамках современной физики классическую механику можно понять как приближение, вытекающее из более глубоких законов квантовой механики и теории относительности. Однако такой взгляд на место объекта сильно недооценивает его важность в формировании контекста, языка и интуиции современной науки и ученых.Наш современный взгляд на мир и место человека в нем прочно укоренен в классической механике. Более того, многие идеи и результаты классической механики выживают и играют важную роль в новой физике.

Центральными понятиями классической механики являются сила, масса и движение. Ни сила, ни масса не очень четко определены Ньютоном, и оба они были предметом многих философских спекуляций со времен Ньютона. Оба они наиболее известны своими эффектами. Масса - это мера склонности тела сопротивляться изменениям в состоянии движения.С другой стороны, силы ускоряют тела, то есть они изменяют состояние движения тел, к которым они приложены. Взаимодействие этих эффектов - основная тема классической механики.

Хотя законы Ньютона фокусируют внимание на силе и массе, три другие величины приобретают особое значение, потому что их общее количество никогда не меняется. Эти три величины - энергия, (линейный) импульс и угловой момент. Любой из них может быть перемещен из одного тела или системы тел в другое.Кроме того, энергия может менять форму, будучи связанной с единственной системой, проявляясь как кинетическая энергия, энергия движения; потенциальная энергия, энергия позиции; тепло или внутренняя энергия, связанная со случайными движениями атомов или молекул, составляющих любое реальное тело; или любая комбинация из трех. Тем не менее полная энергия, импульс и угловой момент во Вселенной никогда не меняются. Этот факт выражается в физике, говоря, что энергия, импульс и угловой момент сохраняются.Эти три закона сохранения вытекают из законов Ньютона, но сам Ньютон их не выражал. Их нужно было обнаружить позже.

Примечателен тот факт, что, хотя законы Ньютона больше не считаются фундаментальными и даже не совсем правильными, три закона сохранения, выведенные из законов Ньютона - сохранение энергии, импульса и момента количества движения - остаются в точности верными даже в квантовая механика и теория относительности. Фактически, в современной физике сила больше не является центральным понятием, а масса - лишь одним из множества атрибутов материи.Однако энергия, импульс и угловой момент по-прежнему прочно занимают центральное место. Сохраняющаяся важность этих идей, унаследованных от классической механики, может помочь объяснить, почему этот предмет сохраняет такое большое значение в современной науке.

Самый быстрый словарь в мире: Vocabulary.com

  • механическое явление физическое явление, связанное с равновесием или движением объектов

  • химическое явление любое природное явление, связанное с химией

  • геологическое явление природное явление, связанное со структурой или составом земли

  • физическое явление природное явление, связанное с физическими свойствами материи и энергии

  • оптическое явление физическое явление, связанное со светом или с его участием

  • органическое явление природное явление с участием живых растений и животных

  • электрическое явление физическое явление, связанное с электричеством

  • инженер-механик человек, обученный проектированию и изготовлению машин

  • машиностроение отрасль машиностроения, занимающаяся проектированием, изготовлением и эксплуатацией машинного оборудования

  • психический феномен Явления, которые кажутся противоречащими физическим законам и предполагают возможность причинной связи психическими процессами

  • механическое преимущество отношение силы, прилагаемой машиной к силе, приложенной к ней

  • механический человек автомат, похожий на человека

  • механическая энергия энергия в механической форме

  • природные явления Все неискусственные явления

  • Феномен Тарчанова изменение электрических свойств кожи в ответ на стресс или тревогу; можно измерить либо путем регистрации электрического сопротивления кожи, либо путем регистрации слабых токов, генерируемых телом

  • Явление Любое состояние или процесс, известный через органы чувств

  • цинично верящий в худшее из человеческой природы и мотивов

  • механическое пианино пианино с механическим управлением, в котором для активации клавиш используется рулон перфорированной бумаги

  • механическая система Система элементов, взаимодействующих на механических принципах

  • акустическое явление физическое явление, связанное с производством или передачей звука

  • Ученые открыли новый физический парадокс

    Исследователи открыли новое физическое явление «баллистический резонанс».Предоставлено: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого.

    Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) обнаружили и теоретически объяснили новый физический эффект: амплитуда механических колебаний может расти без внешнего воздействия. Научная группа предложила свое объяснение того, как устранить парадокс Ферми-Паста-Улам-Цинго.

    Ученые СПбПУ объяснили это на простом примере: чтобы раскачать качели, нужно их постоянно толкать.Принято считать, что колебательный резонанс невозможен без постоянного внешнего воздействия.

    Однако научная группа Высшей школы теоретической механики Института прикладной математики и механики СПбПУ открыла новое физическое явление «баллистический резонанс», когда механические колебания могут быть возбуждены только за счет внутренних тепловых ресурсов системы.

    Экспериментальная работа исследователей со всего мира продемонстрировала, что тепло распространяется с аномально высокими скоростями на нано- и микроуровнях в сверхчистых кристаллических материалах.Это явление называется баллистической теплопроводностью.

    Научная группа под руководством члена-корреспондента РАН Антона Кривцова вывела уравнения, описывающие это явление, и добилась значительного прогресса в общем понимании тепловых процессов на микроуровне. В исследовании, опубликованном в Physical Review E , исследователи рассмотрели поведение системы при начальном периодическом распределении температуры в кристаллическом материале.

    Обнаруженное явление описывает, что процесс теплового уравновешивания приводит к механическим колебаниям, амплитуда которых растет со временем. Эффект называется баллистическим резонансом.

    «В течение последних нескольких лет наша научная группа изучала механизмы распространения тепла на микро- и наноуровнях. Мы обнаружили, что на этих уровнях тепло распространяется не так, как мы ожидали: например, «тепло может переходить от холода к горячему. Такое поведение наносистем приводит к новым физическим эффектам, таким как баллистический резонанс», - сказал доцент Высшей школы теоретической механики СПбПУ Виталий Кузькин.

    По его словам, в будущем исследователи планируют проанализировать, как это можно использовать в таких перспективных материалах, как, например, графен.

    Эти открытия также дают возможность разрешить парадокс Ферми-Паста-Улам-Цингоу. В 1953 году научная группа под руководством Энрико Ферми провела компьютерный эксперимент, ставший впоследствии известным. Ученые рассмотрели простейшую модель колебаний цепочки частиц, связанных пружинами. Они предполагали, что механическое движение постепенно затухнет, превратившись в хаотические тепловые колебания.И все же результат оказался неожиданным: колебания в цепочке сначала почти затухли, но затем возобновились и достигли почти исходного уровня. Система пришла в исходное состояние, и цикл повторился. Причины возникновения механических колебаний от тепловых колебаний в рассматриваемой системе десятилетиями являются предметом научных исследований и споров.

    Амплитуда механических колебаний, вызванных баллистическим резонансом, не увеличивается бесконечно, а достигает своего максимума; после этого он начинает постепенно уменьшаться до нуля.В конце концов, механические колебания полностью затухают, и температура во всем кристалле уравновешивается. Этот процесс называется термализацией. Для физиков этот эксперимент жизненно важен, потому что цепочка частиц, связанных пружинами, является хорошей моделью кристаллического материала.

    Ученые Высшей школы теоретической механики показали, что переход механической энергии в тепловую необратим, если рассматривать процесс при конечной температуре.

    «Обычно не учитывается, что в реальных материалах наряду с механическим существует тепловое движение, а энергия теплового движения на несколько порядков выше.Мы воссоздали эти условия в компьютерном эксперименте и показали, что именно тепловое движение гасит механическую волну и препятствует возобновлению колебаний », - пояснил Антон Кривцов, директор Высшей школы теоретической механики СПбПУ, член-корреспондент РАН.

    По мнению экспертов, теоретический подход, предложенный учеными СПбПУ, демонстрирует новый подход к пониманию тепла и температуры. Это может иметь фундаментальное значение для разработки наноэлектронных устройств в будущем.


    Ученые предлагают новый подход к эффективному моделированию наноматериалов
    Дополнительная информация: Виталий А. Кузькин и др., Баллистический резонанс и термализация в цепочке Ферми-Паста-Улам-Цингоу при конечной температуре, Physical Review E (2020).DOI: 10.1103 / PhysRevE.101.042209

    Предоставлено Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

    Ссылка : Ученые открыли новый физический парадокс (13 июля 2020 г.) получено 4 июня 2021 г. с https: // физ.org / news / 2020-07-science-physical-paradox.html

    Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

    ME исследователей обнаружили важное физическое явление в физике природы - Департамент машиностроения

    Когда мы нажимаем и дергаем струны гитары, она генерирует различные типы акустических волн.То, как звучат эти волны, зависит от того, как мы выбираем эти струны, и от природных свойств струн, таких как длина и толщина. Принцип здесь заключается в том, что волновое излучение зависит как от внутренних свойств источника, так и от собственных состояний окружающей его среды. Это заложило основу для исследования и использования различных физических явлений в широком диапазоне волновых систем. Развитие понимания этой парадигмы вдохновило на бесчисленные прорывы в областях, связанных с взаимодействием волн с веществом, от механики и акустики до оптики и фотоники.Давно устоявшееся мнение о взаимодействии волны с веществом состоит в том, что излучатель всегда излучает и взаимодействует с собственными состояниями, которые исключительно определяют окружающую среду. Даже в неэрмитовых системах с исключительной точкой (точками), где два или более собственных состояния сливаются, приводя к неполному собственному базису в гильбертовом пространстве, это все еще считалось действительным ранее как волновая функция, связанная с отсутствующей размерностью гильбертова пространство не наблюдалось ни в одной физической системе.

    Исследовательская группа

    , возглавляемая доктором Цзе Чжу, доцентом кафедры машиностроения Политехнического университета, провела сотрудничество с командой профессора Рен Мин Ма из Пекинского университета, командой профессора Ли Ге из Городского университета Нью-Йорка и другими коллегами. Они показывают, что вышеупомянутый вековой принцип может неожиданно нарушиться в исключительном случае. При исследовании разностных классических волновых систем, исследователи экспериментально продемонстрировали явление обращения киральности в резонаторе типа шепчущей галереи, где возбужденная однонаправленная волновая циркуляция демонстрирует направленность, противоположную объединенному собственному состоянию.Это поразительное, но широко распространенное явление было подтверждено как в акустических, так и в электромагнитных волновых системах.

    Их открытие впервые показывает, что поле излучения эмиттера может быть полностью отделено от собственных состояний окружающей его среды. Такое противоречащее интуиции явление трансформирует фундаментальное понимание взаимодействия волны и материи и обогащает интригующую физику исключительных точек, скрытых за взаимодействием источника и собственного состояния. В акустике он может внести свой вклад в целый ряд исследовательских областей, включая неэрмитовскую акустику, контроль и снижение шума.

    Эта работа была недавно опубликована на сайте Nature Physics [«Выявление недостающего измерения в исключительной точке», https://www.nature.com/articles/s41567-020-0807-y]. Д-р Туо Лю, научный сотрудник кафедры машиностроения Политехнического университета (также имеет докторскую степень в Политехническом университете), является соавтором.

    Прочтите полный текст статьи на https://rdcu.be/b2JlC.

    Что такое квантовая механика? Квантовая физика: определение, объяснение

    Квантовая механика - это раздел физики, относящийся к очень малому.

    Это приводит к очень странным выводам о физическом мире. В масштабе атомов и электронов многие уравнения классической механики, описывающие движение вещей с повседневными размерами и скоростями, перестают быть полезными. В классической механике объекты существуют в определенном месте в определенное время. Однако в квантовой механике объекты вместо этого существуют в тумане вероятностей; у них есть определенный шанс оказаться в точке A, другой шанс оказаться в точке B и так далее.

    Три революционных принципа

    Квантовая механика (КМ) развивалась на протяжении многих десятилетий, начиная с набора спорных математических объяснений экспериментов, которые математика классической механики не могла объяснить. Это началось на рубеже 20-го века, примерно в то же время, когда Альберт Эйнштейн опубликовал свою теорию относительности, отдельную математическую революцию в физике, описывающую движение вещей на высоких скоростях. Однако, в отличие от теории относительности, происхождение КМ нельзя приписать одному ученому.Скорее, несколько ученых внесли свой вклад в основу трех революционных принципов, которые постепенно получили признание и экспериментальную проверку в период с 1900 по 1930 год. Это:

    Квантованные свойства : Определенные свойства, такие как положение, скорость и цвет, могут иногда встречаться только в конкретные, установленные суммы, очень похожие на циферблат, который «щелкает» от номера к номеру. Это поставило под сомнение фундаментальное предположение классической механики, согласно которому такие свойства должны существовать в гладком непрерывном спектре.Чтобы описать идею о том, что некоторые свойства «щелкают», как циферблат с определенными настройками, ученые придумали слово «квантованный».

    Частицы света : Иногда свет может вести себя как частица. Первоначально это было встречено резкой критикой, поскольку противоречило 200-летним экспериментам, показавшим, что свет ведет себя как волна; очень похоже на рябь на поверхности спокойного озера. Свет ведет себя аналогичным образом в том смысле, что он отражается от стен и изгибается по углам, а гребни и впадины волны могут складываться или сокращаться.Добавленные гребни волн приводят к более яркому свету, а волны, которые нейтрализуют, создают темноту. Источник света можно представить себе как шар на палке, который ритмично опускают в центр озера. Излучаемый цвет соответствует расстоянию между гребнями, которое определяется скоростью ритма мяча.

    Волны материи : Материя также может вести себя как волна. Это противоречит примерно 30-летним экспериментам, показывающим, что материя (например, электроны) существует в виде частиц.

    Квантованные свойства?

    В 1900 году немецкий физик Макс Планк попытался объяснить распределение цветов, излучаемых по спектру при свечении раскаленных докрасна и раскаленных добела объектов, таких как нити лампочек. Придумав физический смысл уравнения, которое он вывел для описания этого распределения, Планк понял, что оно подразумевает, что испускаются комбинации только определенных цветов (хотя и большого их количества), особенно тех, которые были целыми числами, кратными некоторому базовому значению.Каким-то образом цвета были квантованы! Это было неожиданно, поскольку считалось, что свет действует как волна, а это означает, что значения цвета должны быть непрерывным спектром. Что может запрещать атомам создавать цвета между этими кратными целыми числами? Это казалось настолько странным, что Планк считал квантование не более чем математическим трюком. Согласно Хельге Крагу в своей статье 2000 года в журнале Physics World «Макс Планк, упорный революционер», «Если в декабре 1900 года в физике произошла революция, казалось, никто этого не заметил.Планк не был исключением… »

    Уравнение Планка также содержало число, которое позже станет очень важным для будущего развития КМ; сегодня оно известно как« Постоянная Планка ».

    Квантование помогло объяснить другие загадки физики. Эйнштейн использовал гипотезу квантования Планка, чтобы объяснить, почему температура твердого тела изменилась на разные величины, если вы поместили такое же количество тепла в материал, но изменили начальную температуру.

    С начала 1800-х годов наука о спектроскопии показала, что разные элементы излучают и поглощают свет определенных цветов, называемых «спектральными линиями».«Хотя спектроскопия была надежным методом определения элементов, содержащихся в объектах, таких как далекие звезды, ученые были озадачены тем, что каждый элемент вообще дает эти определенные линии. В 1888 году Йоханнес Ридберг вывел уравнение, описывающее спектральные характеристики. линии, испускаемые водородом, хотя никто не мог объяснить, почему это уравнение работает. Это изменилось в 1913 году, когда Нильс Бор применил гипотезу Планка о квантовании к «планетарной» модели атома Эрнеста Резерфорда 1911 года, которая постулировала, что электроны вращаются вокруг ядра так же, как и планеты вращается вокруг Солнца.Согласно Physics 2000 (сайт Университета Колорадо), Бор предположил, что электроны ограничены «особыми» орбитами вокруг ядра атома. Они могли «прыгать» между специальными орбитами, и энергия, производимая прыжком, вызвала свет определенных цветов, наблюдаемых в виде спектральных линий. Хотя квантованные свойства были изобретены как простой математический трюк, они объяснили так много, что стали основополагающим принципом QM.

    Частицы света?

    В 1905 году Эйнштейн опубликовал статью «Об эвристической точке зрения на излучение и преобразование света», в которой он представил свет, движущийся не как волну, а как своего рода «кванты энергии».Эйнштейн предположил, что этот пакет энергии может «поглощаться или генерироваться только целиком», в частности, когда атом «прыгает» между квантованными частотами колебаний. Это также применимо, как будет показано несколько лет спустя, когда электрон «скачки» между квантованными орбитами. Согласно этой модели, «кванты энергии» Эйнштейна содержали разность энергий скачка; при делении на постоянную Планка эта разность энергий определяла цвет света, переносимого этими квантами. Представляя свет, Эйнштейн предложил взглянуть на поведение девяти различных явлений, включая определенные цвета, которые, по описанию Планка, испускаются нитью накаливания лампочки.Он также объяснил, как определенные цвета света могут выбрасывать электроны с металлических поверхностей - явление, известное как «фотоэлектрический эффект». Однако Эйнштейн не был полностью оправдан в своем стремлении к этому, сказал Стивен Классен, доцент физики в Университете Виннипега. В статье 2008 года «Фотоэлектрический эффект: реабилитация истории для физического класса» Классен утверждает, что кванты энергии Эйнштейна не являются необходимыми для объяснения всех этих девяти явлений. Некоторые математические трактовки света как волны все еще способны описывать как определенные цвета, которые, как описал Планк, излучаются нитью накаливания лампочки, так и фотоэлектрический эффект.Действительно, в спорном присуждении Эйнштейну Нобелевской премии 1921 года Нобелевский комитет только признал «его открытие закона фотоэлектрического эффекта», которое конкретно не основывалось на понятии квантов энергии.

    Примерно через два десятилетия после статьи Эйнштейна термин «фотон» получил широкое распространение для описания квантов энергии благодаря работе Артура Комптона 1923 года, который показал, что свет, рассеянный электронным лучом, меняет цвет. Это показало, что частицы света (фотоны) действительно сталкивались с частицами материи (электронами), что подтвердило гипотезу Эйнштейна.К настоящему времени стало ясно, что свет может вести себя и как волна, и как частица, что положило «дуальность волна-частица» света в основу КМ.

    Волны материи?

    С момента открытия электрона в 1896 году постепенно накапливались доказательства того, что вся материя существовала в форме частиц. Тем не менее, демонстрация дуальности света волна-частица заставила ученых задаться вопросом, может ли материя действовать только только как частицы. Может быть, дуализм волна-частица может звучать справедливо и для материи? Первым ученым, добившимся существенного прогресса в этом рассуждении, был французский физик Луи де Бройль.В 1924 году де Бройль использовал уравнения специальной теории относительности Эйнштейна, чтобы показать, что частицы могут иметь волновые характеристики и что волны могут проявлять характеристики, подобные частицам. Затем, в 1925 году, два ученых, работая независимо и используя разные направления математического мышления, применили рассуждения де Бройля, чтобы объяснить, как электроны вращаются в атомах (феномен, который нельзя было объяснить с помощью уравнений классической механики). В Германии физик Вернер Гейзенберг (вместе с Максом Борном и Паскуалем Джорданом) добился этого, разработав «матричную механику».Австрийский физик Эрвин Шредингер разработал аналогичную теорию, называемую «волновой механикой». В 1926 году Шредингер показал, что эти два подхода эквивалентны (хотя швейцарский физик Вольфганг Паули отправил Джордану неопубликованный результат, показывающий, что матричная механика является более полной).

    Гейзенберг -Модель Шредингера атома, в которой каждый электрон действует как волна (иногда называемая «облаком») вокруг ядра атома, заменила модель Резерфорда-Бора. Одним из условий новой модели было то, что концы волна, которая образует электрон, должна встретиться.В "Квантовой механике в химии, 3-е изд." (W.A. Benjamin, 1981) Мелвин Ханна пишет: «Введение граничных условий ограничило энергию дискретными значениями». Следствием этого условия является то, что разрешено только целое количество гребней и впадин, что объясняет, почему некоторые свойства квантованы. В модели атома Гейзенберга-Шредингера электроны подчиняются «волновой функции» и занимают «орбитали», а не орбиты. В отличие от круговых орбит модели Резерфорда-Бора, атомные орбитали имеют множество форм - от сфер до гантелей и ромашек.

    В 1927 году Уолтер Хайтлер и Фриц Лондон продолжили развитие волновой механики, чтобы показать, как атомные орбитали могут объединяться с образованием молекулярных орбиталей, эффективно показывая, почему атомы связываются друг с другом, образуя молекулы. Это была еще одна проблема, которую нельзя было решить с помощью математики классической механики. Эти открытия дали начало области «квантовой химии».

    Принцип неопределенности

    В том же 1927 году Гейзенберг внес еще один важный вклад в квантовую физику.Он рассудил, что, поскольку материя действует как волны, некоторые свойства, такие как положение и скорость электрона, являются «дополнительными», то есть существует предел (связанный с постоянной Планка) того, насколько хорошо может быть известна точность каждого свойства. Согласно тому, что получило название «принцип неопределенности Гейзенберга», было рассмотрено, что чем точнее известно положение электрона, тем менее точно может быть известна его скорость, и наоборот. Этот принцип неопределенности применим и к объектам повседневного размера, но он не заметен, потому что неточность чрезвычайно мала.По словам Дэйва Славена из Морнингсайд-колледжа (Су-Сити, штат Айова), если скорость бейсбольного мяча известна с точностью до 0,1 мили в час, максимальная точность, с которой можно узнать положение мяча, составляет 0,000000000000000000000000000008 миллиметров.

    Вперед

    Принципы квантования, дуальности волна-частица и принцип неопределенности открыли новую эру для QM. В 1927 году Поль Дирак применил квантовое понимание электрических и магнитных полей, чтобы дать толчок к изучению «квантовой теории поля» (QFT), которая рассматривала частицы (такие как фотоны и электроны) как возбужденные состояния основного физического поля.Работа в QFT продолжалась десять лет, пока ученые не столкнулись с препятствием: многие уравнения в QFT перестали иметь физический смысл, потому что они давали результаты бесконечности. После десятилетия застоя в 1947 году Ганс Бете совершил прорыв, применив технику, названную «перенормировкой». Здесь Бете понял, что все бесконечные результаты связаны с двумя явлениями (в частности, «собственной энергией электрона» и «поляризацией вакуума»), так что наблюдаемые значения массы электрона и заряда электрона могут быть использованы для исчезновения всех бесконечностей.

    С момента открытия перенормировки КТП послужила основой для развития квантовых теорий о четырех фундаментальных силах природы: 1) электромагнетизм, 2) слабое ядерное взаимодействие, 3) сильное ядерное взаимодействие и 4) гравитация. Первым озарением, полученным с помощью QFT, было квантовое описание электромагнетизма с помощью «квантовой электродинамики» (QED), которая добилась успехов в конце 1940-х - начале 1950-х годов. Затем было квантовое описание слабого ядерного взаимодействия, которое было объединено с электромагнетизмом, чтобы построить «теорию электрослабого взаимодействия» (EWT) на протяжении 1960-х годов.Наконец, в 1960-х и 1970-х годах пришла квантовая трактовка сильного ядерного взаимодействия с использованием «квантовой хромодинамики» (КХД).

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
    тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск